Качка судов.Вывод уравнения вертикально качки судна без хода. Вывод уравнения бортовой качки судна без хода. Основные характеристики качки,способы ее умерения

Качкой судна называются колебательные движения, совершаемые судном относительно положения равновесия. В основном качка возникает под действием гидродинамических сил, обусловленных возмущающим эффектом ветрового волнения.

Вертикальной качкой судна на тихой воде называют поступательные движения судна вдоль вертикальной оси, вызывающие попеременное уменьшение и увеличение осадки. Вертикальная качка, как самостоятельный вид колебательных движений, возможна только в том случае, если Ц.Т. входящего в воду слоя будет находиться на одной вертикали с Ц.Т. судна. Это условие практически неосуществимо, пэтому вертикальная качка обязательно сопровождается
килевой. Периоды собственных колебаний вертикальной и килевой качки на тихой воде практически равны.

Бортовая качка. Бортовой качкой на тихой воде называют вращательное колебательное движение судна вокруг продольной оси с попеременным креном на левый и правый борта. Такую качку можно вызвать перебежкой людей по палубе с борта на борт, быстрым выносом груза стрелой или краном за борт ...Бортовая качка судна на тихой воде характеризуется амплитудой бортовой качки θ_mи периодом собственных колебании Т_θ:
Т_θ = 2 × C × B / √h, Где С = 0,36 - 0,43 - коэффициент, значение которою зависит от типа
судна; В - ширина судна; h - метацентрическая высота. Это выражение называется капитанской формулой. Хотя ее точность относительно невелика, она, благодаря своей простоте, широко
применяется, например, для определения метацентрической высоты судна по
периоду бортовой качки Т_θ.Анализируя эту формулу, можно сделать вывод, что период бортовой качкина тихой воде не зависит от ее амплитуды. При этом увеличение остойчивости судна уменьшает период качки судна, т.е. чем больше метацентрическая высота h, тем меньше период качки Т_θ.

Успокоителями качки принято называть устройства, которые применяются для уменьшения амплитуды качки судна.Действие установленных на судне успокоителей качки состоит в том, что
они создают переменный стабилизирующий момент, противоположный по знаку возмущающему моменту волны. В настоящее время применяются успокоители только бортовой качки. Уменьшить амплитуды килевой и вертикальной качки с помощью успокоителей практически трудно, т.к. еще не созданы успокоители, способные развивать значительно большие, чем при бортовой
качке, стабилизирующие моменты.
Успокоители качки делятся на пассивные и активные. Действие рабочих
органов пассивных успокоителей основано на создании стабилизирующего
момента за счет колебательных движений судна во время качки, т.е. при их
использовании отпадает необходимость в специальных источниках энергии. В
активных успокоителях переменный стабилизирующий момент создается
принудительно с помощью особых механизмов, управляемых специальным
регулирующим устройством, которое, в свою очередь, реагирует на
колебания судна. Активные успокоители более эффективны, но на их работу
нужно затрачивать дополнительную мощность.
Пассивные успокоители. К числу пассивных успокоителей качки относятся скуловые кили и пассивные успокоительные цистерны.

Скуловые кили являются наиболее простым и эффективным средством уменьшения бортовой качки и потому находят самое широкое применение.Пассивные успокоительные цистерны могут быть двух типов: закрытого, не сообщающегося с забортной водой (I рода) и открытого, сообщающегося с забортной водой (II рода). Цистерны наполовину заполнены водой (иногда, топливом) и соединены каналами. Пассивные успокоительные цистерны наиболее эффективны при резонансной качке. При некоторых условиях и режимах нерегулярного волнения такие успокоители могут привести к увеличению амплитуд качки. Наличие свободной поверхности
жидкости в цистернах также неблагоприятно влияет на остойчивость судна. Вследствие указанных причин пассивные цистерны в настоящее время практически не используются.
Активные успокоители. К активным успокоителям качки относятся бортовые управляемые рули, активные успокоительные цистерны и гироскопические успокоители-стабилизаторы.

Бортовые
управляемые рули являются весьма эффективным средством уменьшения бортовой качки и получили широкое распространение на транспортных и особенно на пассажирских судах. Они размещены на специальных приводах, обеспечивающих изменение углов атаки по определенному закону, выдвижение их из корпуса и уборку внутрь корпуса. Практика показывает, что бортовые рули целесообразно применять при скоростях, превышающих 10-15 узл. В этом случае бортовые рули приводят к значительному (в несколько раз) снижению амплитуд бортовой качки.
Активные успокоительные цистерны обычно выполняют в виде цистерн I рода. Для регулирования движения воды применяют либо насосы, установленные в водяном канале, либо воздуходувы, расположенные в воздушном канале. Управление насосом или воздуходувкой осуществляется с помощью специальной автоматики таким образом, чтобы можно было
регулировать подачу воды из одной цистерны в другую и обеспечивать требуемое изменение стабилизирующего момента. Эффективность установки независит от скорости судна: цистерны одинаково умеряют качку на ходу и на стоянке. Недостатки активных цистерн: сложность конструкции, высокая стоимость, применение сложной регулирующей аппаратуры, снижение грузоподъемности судна необходимость затрат дополнительной энергии.
Гироскопический успокоитель качки представляет собой мощный гироскоп, вращающийся на оси в раме. Гироскоп устанавливают вертикально. Крен судна при бортовой качке вызывает поворот оси гироскопа - так называемую прецессию гироскопа. Вследствие этого возникает гироскопический момент, который является стабилизирующим моментом успокоителя. Гироскопические успокоители могут быть как пассивными, так и активными. У пассивного успокоителя прецессия возникает как реакция на качку судна. В активных успокоителях прецессия создается принудительно за счет передачи внешней энергии электродвигателю, управляемому автоматическим регулятором, реагирующим на режим качки судна. Недостатки: значительная масса, большая стоимость,сложность устройства и эксплуатации.