Метацентрическа висота - критерій остійності судна: формула

Визначення метацентрической висоти можна сформулювати наступним чином. Що це? Це - відстань між центром ваги і метацентром корабля. Саме по собі визначення не дуже зрозуміле, а тому варто додати, що дуже часто цю висоту виражають через остійність судна. Це відбувається тому, що метацентр є основним критерієм визначення цієї самої остійності.

Загальні поняття

Як раніше було сказано, метацентрическая висота - це піднесення центру ваги над метацентром самого корабля. Тут важливо знати про те, що чим більше значення даної характеристики, тим більшою буде початкова остійність судна. Якщо ж з якихось причин ця висота відхиляється в бік від'ємного значення, це говорить про те, що судно не зможе плавати без крену. Що це означає? Допускати негативних значень метацентрической висоти ні в якому разі не можна. Хоча Отримати точну відповідь на питання про те, перевернеться судно, має від'ємне значення цієї висоти, точно не можна. Так як теорія остійності поширюється лише на нахилення кораблів, які не перевищують 10 градусів.

Правила і сили

Важливо зазначити, що існують правила Класифікаційних Товариств, які слідкують за технічною експлуатацією суден. В даних документах описано, що можна експлуатувати лише ті кораблі, метацентрическая висота яких становить не менше 02 метра. Щоб зрозуміти, як буде вести себе тіло з нульовою висотою, можна уявити собі барило, плаваючий у воді. Цей параметр даного тіла буде дорівнювати 0 а його пересування буде відбуватися вздовж поздовжньої осі кожен раз, коли на нього буде впливати будь-яка зовнішня сила, наприклад, хвиля або вітер.


Ще одна основа, яка дозволяє кораблю плавати, - це сила ваги. А також Архімедового сила. Природно, сила тяжіння буде тягнути корабель вниз, то є на дно. Числове значення цієї характеристики дорівнює його вазі, а вона прикладається до центру ваги корабля. Архімедового сила, або, як її ще називають, сила плавучості, виштовхує морське судно з води. Сила впливу цього ефекту дорівнює водотоннажності корабля, яка прикладена в центрі підводного обсягу.

Робота сил

При "прямому" положенні судна виходить так, що ці дві сили врівноважують один одного і знаходяться в одній вертикальній площині. З-за цього корабель і здатний пересуватися по воді. У тому випадку, якщо виникає крен судна, центр підводного обсягу КОЛ зміщується в бік нахилу корабля. Зсув відбувається з-за того, що змінюється форма підводної частини корпусу. Крім того, при зміщенні ЦВ в одну із сторін виникає відновлювальний момент, який буде протидіяти крену морського судна. При виникненні нахилу КОЛ як би починає здійснювати поворот навколо точки, яку умовно називають метацентром m. Відстань від цієї умовної точки метоцентра m до центру ваги судна ЦТ і буде його висотою. Наприклад, для звичайної гребний шлюпки числове значення метацентрической висоти, яке буде достатнім для того, щоб люди могли безпечно сісти і встати, дорівнює 03 м. В принципі, нічого складного.

Як забезпечити остійність

Знаючи все те, що було описано вище, виникає явний питання про те, як же оцінити безпеку човни, вітрильної яхти, кораблі і т. д.? Як зрозуміти, наскільки великі шанси повернутися з корабля положення "кілем догори" нормальне, пряме стан? Для того щоб досягти цього, необхідно поліпшувати остійність судна. Для цього існує кілька перевірених методів. Досить високу остійність можна забезпечити за рахунок того, що на борту корабля буде розміщений нерухомий баласт. Однак тут потрібно враховувати, що центр ваги судна буде знижуватися при додатковому навантаженні. У кораблебудівників, моряків і всіх, хто знайомий з морською справою, є таке правило: кожен кілограм вантажу, розташований під ватерлінією, буде підвищувати остійність корабля, а от кожен кілограм над цією лінією буде погіршувати становище судна.

Відновлення судна

Для того щоб збільшити вагу, наприклад, яхти, її обладнають такою річчю, як нерухомий баластний кіль. Але тут важливо зазначити, що він може бути розміщений лише на класичному типі яхти. Будь-який інший вид з таким кілем виявиться занадто важким. Класичні яхти - це абсолютна остійність річкового судна, як її називають. Вся справа в тому, що ця категорія кораблів може випрямитися практично після будь-якого крену. Кут крену, який необхідний для того, щоб судно не відновилося, - 155 градусів. Це параметр такої яхти, як Contessa 32. Якщо говорити іншими словами, річкове судно цього класу зможе відновитися в пряме положення навіть після того, як перекинеться кілем догори. Тут важливо розуміти, що великі судна мають велику остійність форми спочатку з-за своїх габаритів. Ще один найважливіший момент - це те, що забортної вода не повинна потрапити всередину корабля при крені через які-небудь люки та отвори. Якщо це станеться, рідина, яка опинилася на борту, здатна звести нанівець всю остійність. Це станеться через те, що вага потрапила води корабель зробить важче. Метацентрическая висота буде порушена через зміщення центру тяжіння. І судно почне тонути.

Суду з надбудовою

Є такий тип кораблів, які володіють водонепроникною надбудовою. Природно, вода не зможе потрапити всередину такого корабля, а це значить, що остійність залишиться на тому ж рівні навіть при великому крені. Цей принцип став основним при винаході рятувальних шлюпок-неваляшек. Існують рятувальні плоти і шлюпки, які вважаються практично неопрокидиваемими з-за їх конструкції. Такі категорії кораблів здатні відновитися навіть після того, як вони повністю перекинулися. Можна взяти, приміром, вітрильну яхту, яка володіє одним хитрим способом підвищення остійності судна. Метод називається открениванием. А його суть полягає в тому, що при нахилі буде переміщатися вага екіпажу, баласту або хитного кіля по всій ширині судна. На сьогоднішній день використовується багато різних типів переміщуваного баласту. А також існує один новітній, який полягає в наявності керованих підводних крил.

Експериментальна висота

Далі. Для того, щоб експериментально вирахувати метацентрическую висоту судна, можна переміщати вантаж по кораблю. Переміщення вантажу повинно відбуватися на певну відстань Q від того місця, де воно було спочатку. Також при пересуванні об'єкта потрібно вимірювати малий кут обертання, який позначається, як af. Числове значення цієї характеристики буде відповідати куту нахилу корабля. Ось так буде виглядати поперечна метацентрическая висота у формулі: h 0 =0525(В/Т)2 м В - це ширина судна, яка повинна вимірюватися в метрах, а Т - це період хитавиці, який визначається в секундах. Саме такий спосіб обчислень, а також експериментальний спосіб визначення стали основними положеннями, які дозволили взяти висоту метацентра корабля за основний критерій його остійності.

Вітрильні суду

В даний час вітрильні суду є одними з найбільш небезпечних в плані експлуатації, а також самими вимогливими до остійності. Вся справа в тому, що при вітрі вітрило такого судна буде постійно піддаватися сильному впливу повітря, що в таких умовах буде основним моментом, що створює можливість для крену. Саме із-за наявності вітрила суду з великими і довгими щоглами і, як наслідок, великими вітрилами, потребують наявності додаткового важкого нерухомого баласту, який сильно знизить центр ваги судна, створюючи тим самим більше значення метацентрической висоти. Дуже важливо відмітити, що досить часто допускають таку помилку, як оцінка остійності корабля тільки за його метацентру. Звичайно, ця висота буде основним критерієм. Однак не можна ігнорувати ті переваги, які є на всій діаграмі статичної остійності. Туди входить не тільки висота метацентра.

Випадки неостойчивости

Існує три випадки неостойчивости судна. Розглянемо їх докладніше. Перший випадок виникає в тій ситуації, якщо висота h>0. Це виникає внаслідок того, що центр ваги розташований вище, ніж центр величини. При дотриманні цих умов і нахилі корабля в будь-яку з сторін лінія дії сили підтримки буде перетинати диаметральную площину вище, ніж знаходиться центр тяжіння. Другий випадок неостойчивости станеться тоді, коли метацентрическая висота буде дорівнює нулю. У цьому випадку, практично, як і в попередньому, центр ваги виявиться вище, ніж центр величини. А при нахилі корабля трапиться так, що лінія ЦТ буде проходити уздовж лінії величини. У такому випадку центр величини завжди буде розташований на одній вертикалі з центром ваги. При такому розташуванні сил відновлююча пара, яка вирівнює корабель, буде просто відсутній. Без впливу яких-небудь зовнішніх сил судно не зможе повернутися у своє вихідне, пряме положення. Третій випадок виникає, якщо h <0. В данном случае ЦТ будет находиться више, чем центр величини, а в наклонном положении линия действия сили поддержания будет пресекать след диаметральной плоскости ниже ЦТ. В таком случае при малейшем наклоне будет образовиваться отрицательная пара сил, воздействующая на судно и приводящая к его опрокидиванию.