El cabeceo es el movimiento oscilatorio que realiza un barco alrededor de su posición de equilibrio.

Las oscilaciones se llaman gratis(en aguas tranquilas), si las realiza el barco después del cese de las fuerzas que provocaron estas vibraciones (una ráfaga de viento, un tirón de la cuerda de remolque). Debido a la presencia de fuerzas de resistencia (resistencia del aire, fricción del agua), las vibraciones libres se desvanecen y se detienen gradualmente. Las oscilaciones se llaman forzado, si ocurren bajo la influencia de fuerzas perturbadoras periódicas (ondas que chocan).

El balanceo se caracteriza por los siguientes parámetros (Fig.8): amplitud θ- la mayor desviación de la posición de equilibrio; alcance- la suma de dos amplitudes consecutivas; periodo T- tiempo para completar dos swings completos; aceleración

El balanceo dificulta el funcionamiento de máquinas, mecanismos y dispositivos debido al impacto de las fuerzas de inercia resultantes, crea cargas adicionales en las fuertes conexiones del casco del barco y tiene un efecto físico nocivo para las personas.

Arroz. 8. Parámetros de balanceo: amplitudes θ 1 y θ 2; θ 1 + θ 2 tramo.

Hay movimientos de balanceo, cabeceo y elevación. En rollo Las oscilaciones se producen alrededor de un eje longitudinal que pasa por el centro de gravedad del buque, cuando quilla- alrededor del transversal. Rodar con un período corto y grandes amplitudes se vuelve racheado, lo que es peligroso para los mecanismos y difícil de tolerar para las personas.

El período de oscilaciones libres de un barco en aguas tranquilas se puede determinar mediante la fórmula T = c(B/√h, Dónde EN- ancho del barco, m; h- altura metacéntrica transversal, m; Con- coeficiente igual para buques de carga 0,78 - 0,81.

De la fórmula se desprende claramente que a medida que aumenta la altura metacéntrica, el período de rodadura disminuye. Al diseñar un barco, se esfuerzan por lograr una estabilidad suficiente con un balanceo moderadamente suave. Cuando se navega en mar agitado, el navegante debe conocer el período de las oscilaciones del propio barco y el período de la ola (el tiempo entre dos crestas adyacentes que golpean el barco). Si el período de las oscilaciones del propio barco es igual o cercano al período de la ola, se produce un fenómeno de resonancia que puede provocar el vuelco del barco.

Al cabecear, es posible que la cubierta se inunde o que, si la proa o la popa quedan expuestas, golpeen el agua (golpe). Además, las aceleraciones que se producen al cabecear son claramente mayores que al rodar. Esta circunstancia debe tenerse en cuenta a la hora de elegir mecanismos instalados en proa o popa.

Lanzamiento vertical causado por un cambio en las fuerzas de apoyo cuando una ola pasa debajo del barco. El período del movimiento vertical es igual al período de la onda.

Para evitar consecuencias indeseables por los efectos del cabeceo, los constructores navales utilizan medios que contribuyen, si no al cese total del cabeceo, al menos a moderar su alcance. Este problema es especialmente grave para los buques de pasaje.

Para moderar el cabeceo y la inundación de la cubierta con agua, varios barcos modernos elevan significativamente la cubierta en proa y popa (escarpado), aumentan la curvatura de las cuadernas de proa y diseñan barcos con castillo de proa y popa. Al mismo tiempo, se instalan viseras deflectoras de agua en la nariz del tanque.

Para moderar el balanceo, se utilizan estabilizadores de balanceo pasivos no controlados o activos controlados.

Los sedantes pasivos incluyen carinas cigomáticas, que son placas de acero instaladas entre el 30% y el 50% de la eslora de la embarcación en el área de sentina a lo largo de la línea de flujo de agua (Fig. 9). Tienen un diseño simple, reducen la amplitud del cabeceo en un 15-20%, pero proporcionan una resistencia al agua adicional significativa al movimiento de la embarcación, reduciendo la velocidad en un 2-3%.

Arroz. 9. Esquema de acción de las carinas cigomáticas (laterales).

Tanques pasivos - Se trata de tanques instalados a los lados del recipiente y conectados entre sí en la parte inferior mediante tuberías de rebosadero, en la parte superior - mediante un canal de aire con una válvula de desconexión que regula la transferencia de agua de un lado a otro. Es posible ajustar la sección transversal del canal de aire de tal manera que durante el rodamiento el líquido fluya de un lado a otro con retraso y así se cree un momento de escora que contrarresta la inclinación. Estos tanques son efectivos en condiciones de bombeo con un período prolongado. En todos los demás casos, no moderan, sino que incluso aumentan su amplitud.

EN tanques activos (Fig. 10) el agua se bombea mediante bombas especiales. Sin embargo, la instalación de una bomba y un dispositivo automático que controla el funcionamiento de la bomba complica significativamente y aumenta el coste del diseño.

Arroz. 10. Tanques amortiguadores activos.

Actualmente, se utiliza con mayor frecuencia en buques de pasajeros y de investigación. manillares laterales activos (Fig. 11), que son timones del tipo habitual, instalados en la parte más ancha de la embarcación, ligeramente por encima del pómulo, casi en un plano horizontal. Utilizando máquinas electrohidráulicas, controladas por señales de sensores que responden a la dirección y velocidad de inclinación de la embarcación, es posible cambiar su ángulo de ataque. Entonces, cuando el barco se inclina hacia estribor, el ángulo de ataque se establece en los timones de modo que las fuerzas de elevación resultantes creen momentos opuestos a la inclinación. La eficiencia de los volantes en movimiento es bastante alta. En ausencia de cabeceo, los timones se retraen en nichos especiales en el cuerpo para no crear resistencia adicional. Las desventajas de los timones incluyen su baja eficiencia a bajas velocidades (por debajo de 10 a 15 nudos) y la complejidad del sistema de control automático.

Arroz. 11. Timones laterales activos: a - vista general; b - diagrama de acción; c - fuerzas que actúan sobre el volante lateral.

No hay amortiguadores para moderar el cabeceo.

Cabe señalar que los barcos submarinos y los barcos con una pequeña superficie de flotación prácticamente no experimentan cabeceo y, por tanto, no es necesario equipar a estos barcos con dispositivos para moderarlo.

El lanzamiento es un movimiento oscilatorio alrededor de una posición.

Equilibrios realizados por una persona que flota libremente en la superficie.

agua por barco. Hay movimientos de balanceo, cabeceo y elevación. El balanceo es el movimiento oscilatorio que se produce en el DP del eje longitudinal. El cabeceo es el movimiento oscilatorio que realiza un barco alrededor de un eje transversal. El movimiento oscilatorio se refiere a los movimientos oscilatorios realizados por una embarcación en un plano vertical hacia arriba y hacia abajo y causados ​​por cambios en las fuerzas de soporte durante el paso de una ONDA.

131. Período y amplitud del lanzamiento.

amplitud: la mayor desviación de la posición media a la extrema del cuerpo oscilante; período: el tiempo que lleva completar dos movimientos completos;

132. Relación entre cabeceo y estabilidad del barco.

Cuanto más corto es el período, más rápida es la rodadura; cuanto más largo es el período, más larga es la rodadura. Cb de 0,6 a 0,8 para buques medianos y grandes

133. Amortiguadores de cabeceo.

Para evitar consecuencias desagradables de la acción del cabeceo en los barcos, se utilizan amortiguadores de cabeceo que, según la naturaleza de la acción, se dividen en pasivos (incontrolables) y activos (controlados). Los amortiguadores de paso más simples, utilizados en casi todos los barcos, son las quillas cigomáticas (laterales). Reducción más significativa de las amplitudes de balanceo

Esto se puede lograr instalando manillares laterales activos. En principio, el cabeceo se puede calmar instalando timones horizontales controlados (como timones laterales) en

extremidades del barco, pero hasta ahora estos amortiguadores prácticamente no se utilizan.

134. Enumere los elementos del dispositivo de dirección.

El timón consta de una pluma y una culata. Una pluma es un escudo aerodinámico plano o, más a menudo, de dos capas con nervaduras de refuerzo internas, área

que para embarcaciones marítimas es 1/40-1/60 del área sumergida

partes de DP. Baller es una varilla con la que

girar el timón.

135. Tipos de volantes

Dependiendo de la ubicación del volante con respecto al eje.

Las rotaciones distinguen entre timones ordinarios, en los que

la pluma está situada completamente detrás del eje de rotación; timones de equilibrio, en los que la pluma está dividida por el eje de rotación en dos partes desiguales: la más grande, detrás del eje, la más pequeña, en la proa; Los timones semiequilibrados se diferencian de los equilibrados en que la parte de equilibrio no se realiza a lo largo de toda la altura del volante.

136. Enumere los elementos del dispositivo de anclaje.

El dispositivo de anclaje sirve para garantizar un estacionamiento seguro

en el mar, en la rada y en otros lugares alejados de la costa, por

anclaje al suelo mediante ancla y cadena de ancla. Se compone de: anclas, cadenas (cuerdas) para anclas, máquinas para anclas, guías para anclas y tapones.

137. Tipos de anclas. Cadenas de ancla

Dependiendo de su finalidad, las anclas se dividen en anclas principales, destinadas a sujetar el buque en un lugar determinado, y anclas auxiliares, diseñadas para sujetar el buque en una posición determinada mientras está anclado en el ancla principal. Los auxiliares incluyen

ancla de popa - ancla de tope, cuya masa es 1/3 de la masa. La cadena del ancla se utiliza para asegurar el ancla al casco del barco. Consta de eslabones (Fig. 7.11), que forman arcos de 25 a 27 m de largo, conectados entre sí mediante eslabones desmontables especiales. Los arcos forman una cadena de ancla con una longitud de 50 a 300 m, dependiendo de la ubicación en la cadena del ancla se distinguen arcos de ancla (unidos al ancla), intermedios y principales. Fije las anclas a la cadena del ancla utilizando abrazaderas de ancla. Para evitar que la cadena se tuerza, se incluyen pivotes en la cadena. Para la fijación y liberación de emergencia del extremo principal de la cadena del ancla, se utilizan dispositivos especiales con un gancho plegable, el llamado verbo-gancho, que permite liberar fácilmente el barco de la cadena del ancla grabada.

Los amortiguadores de balanceo generalmente se denominan dispositivos que se utilizan para reducir la amplitud del movimiento de cabeceo del barco.

El efecto de los estabilizadores instalados en el barco es que crean un momento estabilizador variable, de signo opuesto al momento perturbador de la ola. Actualmente sólo se utilizan amortiguadores enrollables. Es prácticamente difícil reducir las amplitudes de cabeceo y cabeceo con la ayuda de estabilizadores, ya que aún no se han creado estabilizadores que sean capaces de desarrollar momentos estabilizadores significativamente mayores que durante el balanceo.

Los amortiguadores de tono se dividen en pasivos y activos. La acción de los elementos de trabajo de los estabilizadores pasivos se basa en la creación de un momento estabilizador debido a los movimientos oscilatorios de la embarcación durante el balanceo, es decir, cuando se utilizan no se necesitan fuentes de energía especiales. En los estabilizadores activos, se crea a la fuerza un momento estabilizador variable mediante mecanismos especiales controlados por un dispositivo de control especial que, a su vez, responde a las vibraciones de la embarcación. Los amortiguadores activos son más efectivos, pero requieren energía adicional para funcionar.

Sedantes pasivos. Los amortiguadores pasivos incluyen quillas cigomáticas y tanques inmóviles pasivos.

Las quillas de lomo son el medio más simple y eficaz para reducir el balanceo y, por lo tanto, encuentran la aplicación más amplia.

Los tanques calmantes pasivos pueden ser de dos tipos: cerrados, que no se comunican con el agua de mar (tipo I) y abiertos, que se comunican con el agua de mar (tipo II). Los tanques están llenos hasta la mitad con agua (a veces combustible) y conectados por canales. Los tanques amortiguadores pasivos son más eficaces durante el bombeo resonante. En determinadas condiciones y modos de ondas irregulares, estos amortiguadores pueden provocar un aumento de las amplitudes de rodadura. La presencia de una superficie libre de líquido en los tanques también afecta negativamente a la estabilidad del recipiente. Por estas razones, los tanques pasivos prácticamente no se utilizan actualmente.

Arroz. 1
Arroz. 2 Composición del tanque amortiguador. 1 - quilla cigomática, 2 - refuerzo, 3 - balanceo, 4 - resistencia a la amortiguación de las quillas cigomáticas Arroz. 3 tanques calmantes. 1 - tanques amortiguadores; 2 - válvula de aire; 3 — canal de conexión de aire; 4 — tanques profundos a bordo; 5 - canal de desbordamiento; b - balanceo del barco; 7 - agua en el tanque Arroz. 4 Giroscopio de barco. 1 — momento M del giroscopio; 2 - momento de escora M; 3 - un par de fuerzas en el cojinete del bastidor oscilante; 4 — eje de rotación del giroscopio; 5 - precesión; 6 — par de frenado del cojinete del bastidor oscilante; 7 — dirección de rotación del giroscopio (velocidad angular); 8 - velocidad de precesión

Sedantes activos. Los estabilizadores activos incluyen timones orientables a bordo, tanques estabilizadores activos y estabilizadores giroscópicos - estabilizadores.

Arroz. 5 Arroz. 6 manillares laterales activos. 1 — timones retráctiles; 2 — timones que caen; 3 - fuerzas que actúan sobre los timones; 4 - dirección del movimiento del barco, 5 - dirección de balanceo 6 - par de los timones

Los timones de dirección a bordo son un medio muy eficaz para reducir el balanceo y se utilizan ampliamente en el transporte y especialmente en los barcos de pasaje. Se colocan sobre accionamientos especiales que garantizan el cambio de ángulos de ataque según una determinada ley, alejándolos fuera de la carcasa y retrayéndolos dentro de la misma.

La práctica demuestra que es aconsejable utilizar timones laterales a velocidades superiores a 10-15 nudos. En este caso, los timones laterales provocan una reducción significativa (varias veces) de las amplitudes de balanceo.

Los tanques calmantes activos suelen fabricarse en forma de tanques de tipo I. Para regular el movimiento del agua se utilizan bombas instaladas en el canal de agua o sopladores ubicados en el canal de aire.
La bomba o soplador se controla mediante una automatización especial para que sea posible regular el suministro de agua de un tanque a otro y asegurar el cambio requerido en el momento estabilizador. La eficiencia de la instalación no depende de la velocidad del barco: los tanques moderan el cabeceo por igual en movimiento y en reposo. Desventajas de los tanques activos: complejidad del diseño, alto costo, uso de equipos de control complejos, capacidad de carga reducida del buque y necesidad de energía adicional.

El estabilizador de tono giroscópico es un potente giroscopio que gira sobre un eje en el marco. El giroscopio está instalado verticalmente. El balanceo del barco durante el balanceo provoca una rotación del eje del giroscopio, la llamada precesión del giroscopio. Como resultado, surge un momento giroscópico, que es el momento estabilizador del amortiguador. Los amortiguadores giroscópicos pueden ser pasivos o activos. En un amortiguador pasivo, la precesión se produce como reacción al balanceo del buque. En los estabilizadores activos, la precesión se crea a la fuerza transfiriendo energía externa a un motor eléctrico controlado por un regulador automático que responde al modo de balanceo de la embarcación. Desventajas: peso significativo, alto costo, complejidad de diseño y operación (Fig. 4).

Determinación de la altura metacéntrica del buque a partir del período de balance.

Durante la operación, el navegante a menudo necesita verificar los valores de la altura metacéntrica de la embarcación en varios casos de carga. Esta necesidad surge, por ejemplo, cuando se consumen reservas de agua dulce y combustible, cuando se decide la conveniencia de recibir lastre. La experiencia de inclinarse da resultados bastante fiables, pero requiere mucho tiempo, determinadas condiciones y un entrenamiento especial.

Es mucho más fácil estimar la altura metacéntrica transversal h si se conocen el período de balanceo T θ y el coeficiente C mediante la fórmula obtenida a partir de la fórmula del capitán:

h = 4 C 2 segundo 2 T θ 2

El período de balanceo T θ se puede determinar registrando las oscilaciones libres amortiguadas del barco con crenógrafos giroscópicos o inclinógrafos equipados con marcadores de tiempo.

En la práctica, el período de rodadura T θ se puede determinar de la siguiente manera. Cuando el barco esté en una de las posiciones extremas de inclinación, ponga en marcha el cronómetro. Habiendo contado 10 oscilaciones completas, detenga el cronómetro en el momento en que el barco alcance su posición inclinada original. El período T θ se determina dividiendo el tiempo medido por un cronómetro por 10.

El método aproximado descrito da resultados satisfactorios en ausencia de superficies libres de carga líquida en el barco, así como en el caso en que la corrección por su influencia no sea más del 5% de la altura metacéntrica para una carga determinada.

El resultado del cálculo de la altura metacéntrica h también depende de la elección exitosa del valor del coeficiente C incluido en la expresión para h. Para hacer esto, es necesario tomar sus valores de acuerdo con los valores conocidos del coeficiente C para barcos del mismo tipo o de diseño similar. Coeficiente C = 0,36 ± 0,43 según el tipo de embarcación.

Lectura sugerida:

§ 12. Navegabilidad de los buques. Parte 2

El grado de insumergibilidad de un barco depende de su finalidad. Si en tribunales civiles El número de mamparos y su ubicación están determinados por la conveniencia de cargar la carga, la confiabilidad de su sujeción y la capacidad de trabajar con ellos en la bodega, así como la condición de que las máquinas y mecanismos del barco estén ubicados libremente en los compartimentos y sean conveniente para el servicio. Por otro lado, es necesario cumplir con las Normas de Registro de la URSS, según las cuales, sobre la base del Convenio Internacional para Salvar Vidas en el Mar, los buques de carga, cuando cualquiera de los compartimentos está inundado, y los buques de pasajeros, cuando dos o incluso dos de ellos están inundados. Los compartimentos adyacentes están inundados, deben permanecer a flote y preservar al menos una altura de francobordo de 75 mm desde la línea de flotación efectiva hasta la línea lateral de la cubierta de cierre en cualquier posición del buque (Fig. 18).

Arroz. 18. Altura mínima francobordo de un buque recortado.

Cubierta de mamparo o cubierta de insumergibilidad Se denomina cubierta a la que se extienden en altura mamparos estancos transversales.

En barcos que tienen mamparos longitudinales impenetrables (en barcos de pasajeros y barcos de guerra), en caso de un agujero en la parte submarina del costado y la inundación de los compartimentos laterales, se forman simultáneamente momentos de compensación y escora hacia el lado averiado. Esto debe tenerse en cuenta a la hora de elegir la ubicación de los mamparos longitudinales y transversales del barco.

La división del buque en compartimentos debe ser tal que, en caso de un agujero en el costado, la flotabilidad del buque se agote antes que su estabilidad: el buque debe hundirse sin zozobrar.

Para enderezar un barco que tiene escora y asiento como resultado de la inundación de los compartimentos, así como para restaurar la estabilidad que disminuye en este caso, se realiza una contrainundación forzada de los compartimentos preseleccionados con dimensiones idénticas, pero con momentos opuestos. Por ejemplo, si el barco tiene una escora en el lado izquierdo y un ajuste en la proa debido a un agujero, entonces para enderezarlo es necesario inundar el compartimiento de popa en el lado de estribor con un momento igual. Un barco enderezado naturalmente recibirá un calado adicional, pero con la estabilidad restaurada continuará manteniendo su navegabilidad (y el barco también mantendrá sus cualidades de combate, es decir, maniobras y disparos de armas, lanzamiento de cohetes).

Este principio de contrainundación de los compartimentos de los barcos fue propuesto por primera vez en el mundo, allá por 1875, por el destacado científico y marinero ruso S. O. Makarov. En 1903, esta idea fue utilizada para su aplicación práctica en buques de guerra por el entonces joven científico, oficial y más tarde destacado constructor naval soviético, el académico A. N. Krylov. Se les ofrecieron mesas especiales llamadas tablas e insumergibilidad, según el cual para todos los compartimentos del barco se calcularon de antemano los momentos de escora y trimado que se producen cuando uno o un grupo de compartimentos se inundan, y se predeterminaron los momentos y los compartimentos que en este caso deben inundarse para enderezar el barco fueron determinados. Usando las tablas, en una situación de combate difícil, puedes enderezar rápidamente un barco que ha recibido un agujero y restaurar sus cualidades de combate perdidas. Ahora se deben compilar tablas de insumergibilidad para cada barco.

Posteriormente, gracias a los trabajos del académico Yu. A. Shimansky, el profesor V. G. Vlasov y otros científicos soviéticos, la ciencia de la insumergibilidad de un barco se desarrolló de tal manera que la muerte de un barco por pérdida de estabilidad debido a daños en el casco en combate era prácticamente eliminado.

Cabeceo barco: movimientos oscilatorios que realiza el barco alrededor de su posición de equilibrio. Hay tres tipos de movimiento de barcos:

A) vertical- vibraciones del recipiente en el plano vertical en forma de movimientos de traslación periódicos;

B) a bordo(o lateral) - oscilaciones del barco en el plano de las cuadernas en forma de movimientos angulares;

EN) quilla Balanceo (o longitudinal): vibraciones del recipiente en el plano central, también en forma de movimientos angulares. Cuando un barco navega sobre una superficie de agua turbulenta, los tres tipos de movimiento a menudo ocurren simultáneamente o en varias combinaciones. La dirección de su movimiento en relación con el movimiento de la ola tiene una influencia significativa en todos los tipos de movimiento del barco. El balanceo del buque tiene un efecto perjudicial sobre su funcionamiento y navegabilidad.

Enumeremos los efectos nocivos del lanzamiento:

A) levantamiento y enterramiento periódico de los extremos de la embarcación en la ola, provocando una resistencia adicional al movimiento y a la salida de la hélice del agua, lo que provoca la pérdida de su apoyo y disminución de la velocidad, aumento del consumo de combustible, inundación del cubierta y deterioro de las condiciones de habitabilidad del buque;

B) crear condiciones que puedan provocar que el buque vuelque debido a la pérdida de estabilidad lateral;

C) deterioro de las condiciones de funcionamiento de máquinas y mecanismos, así como cargas adicionales en las fuertes conexiones del casco por el impacto de las olas y la acción de las fuerzas de inercia que surgen durante el balanceo;

D) reducción de la eficacia de los disparos de artillería o torpedos contra barcos, dificultad en el funcionamiento de los lanzadores de misiles;

D) efectos fisiológicos nocivos para las personas (mareo).

Se acostumbra distinguir entre dos tipos de oscilaciones de un barco al cabecear: gratis(en aguas tranquilas), que se producen por inercia después del cese de las fuerzas que las provocaron, y forzado, que son causados ​​por fuerzas externas aplicadas periódicamente, por ejemplo, las olas del mar.

Arroz. 19. Características del lanzamiento: a - amplitud; b - lapso; c - período de lanzamiento.

El principal motivo del balanceo de un barco es la acción simultánea de las olas, la flotabilidad y las fuerzas de estabilidad sobre él. Las principales características del cabeceo como movimiento oscilatorio periódico de un barco son: amplitud, rango y período de cabeceo (Fig. 19).

Amplitud de lanzamiento es la mayor desviación del buque respecto de su posición original, medida en grados.

rango de lanzamiento- la suma de dos amplitudes sucesivas (la inclinación del barco en ambos lados).

Periodo rodante- el tiempo entre dos inclinaciones sucesivas o el tiempo durante el cual el barco completa un ciclo completo de oscilaciones, volviendo a la posición en la que comenzó la cuenta atrás.

El período de balanceo del barco influye en la naturaleza del balanceo: con un período largo, el balanceo se produce suavemente, por el contrario, con un período corto, el balanceo se produce abruptamente, provocando graves consecuencias.

El período (en segundos) de free roll se calcula mediante la siguiente fórmula:

donde k es un coeficiente que depende del tipo de buque; su valor se encuentra dentro del rango de 0,74/0,80;

B - ancho de diseño del buque a lo largo de la línea de flotación actual, m;

H 0 - altura metacéntrica transversal inicial, m.

Del valor dado se desprende claramente que el barco, que tiene una gran estabilidad, tiene un balanceo racheado, lo que afecta significativamente su funcionamiento.

El período (en segundos) de agitación libre en un Rone silencioso se calcula utilizando la fórmula aproximada

y lanzamiento - según la fórmula

donde T 0 es el calado del buque, m.

Cuando un barco flota en aguas turbulentas, dado que el barco es arrastrado por el movimiento del agua y, hasta cierto punto, es una partícula superficial que participa en el movimiento orbital, la resultante de las fuerzas de peso, fuerzas de flotabilidad y fuerzas de inercia aplicadas al barco es dirigido normal a la pendiente del agua. Un cambio en el perfil de las olas afecta continuamente la forma del volumen submarino del barco y su tamaño, lo que conduce a oscilaciones forzadas del barco.

En consecuencia, la naturaleza de las oscilaciones forzadas del barco depende del perfil de la ola y su período es siempre igual al período de la ola. Para reducir el movimiento del barco, se toman una serie de medidas, divididas condicionalmente en generales y especiales. Las medidas generales incluyen Elección racional de la forma del dibujo teórico del recipiente., y para especiales - instalación de estructuras - amortiguadores de cabeceo, creando momentos que contrarrestan el balanceo del barco.

Las medidas generales encaminadas a reducir la inundación del barco y la inmersión de sus extremos en la ola son: cizallar la cubierta, ampliar la parte superior de las cuadernas de proa, formar un peralte de los costados, así como instalar una visera rompeaguas en la proa de la cubierta superior, que destruye la ola que cubre el barco y la desvía hacia los lados.

Para calmar el balanceo más desfavorable y peligroso se utilizan medidas especiales, que consisten en instalar estabilizadores de balanceo, que se dividen en pasivo Y activo. La acción del primero se basa en el uso de la energía de balanceo del propio barco, la acción del segundo se basa en el uso de fuentes de energía externas, están controladas artificialmente. Veamos los amortiguadores de tono más simples y efectivos.

1) Carinas laterales (cigomáticas)(Fig. 20) son los amortiguadores pasivos más simples, que tienen la forma de accesorios en forma de placas con un área de hasta el 4% del área de la línea de flotación. Estas placas se instalan normales a la sentina en la parte media del casco a lo largo de la línea de flujo de agua, hasta el 40% de la eslora de la embarcación. El principio de funcionamiento de estas quillas es crear un momento opuesto al momento de balanceo del barco. Bajo la influencia de tales quillas laterales, la amplitud del balanceo se reduce al 50%.

2) Tanques pasivos a bordo(Fig. 21) están diseñados según el principio de vasos comunicantes en forma de tanques a bordo, conectados por canales de agua y aire con una válvula que regula la transferencia de agua entre los tanques. La válvula regula el agua de tal manera que no sigue el balanceo del recipiente, sino que, rezagada, fluye por inercia hacia el lado ascendente, cuando el momento del agua en el tanque, contrarresta la inclinación del buque, calma su balanceo.

Arroz. 20. Quilas laterales y su diseño.

Estos tanques dan buenos resultados como amortiguadores sólo en condiciones de bombeo cercanas a la resonancia. En todos los demás casos apenas moderan el tono, sino que incluso aumentan su amplitud.

Arroz. 21. Tanques pasivos a bordo y posición del líquido en ellos cuando el barco se balancea en resonancia con la ola.

3) Tanques activos a bordo Son los mismos tanques a bordo conectados por canales, pero el agua fluye hacia ellos bajo la influencia de bombas controladas automáticamente. Estos tanques funcionan eficazmente en todos los modos de movimiento del barco. El peso del agua en tanques activos (generalmente se usan bajo agua dulce o combustible) debe ser aproximadamente el 4% del desplazamiento del buque.

4) Timones laterales orientables(Fig. 22) son estabilizadores activos y se instalan en la parte submarina del casco en la zona donde la anchura de la embarcación es mayor.

Fig. 22 Esquema de funcionamiento de los timones laterales controlados del lado izquierdo, 1 - equipo de control; 2 - sistema de control; 3 - accionamientos de dirección; 4- nichos para volantes; 5 - timón izquierdo; 6 - pala del timón de estribor. Velocidad V y dirección del flujo entrante; P - fuerza de elevación; F - resistencia frontal.

Los timones se desplazan automáticamente: para ascender, en el lado sumergido, para sumergirse, en el lado flotante del barco. Las fuerzas de elevación que surgen sobre los timones forman un momento opuesto a la inclinación del barco, moderando la amplitud del cabeceo hasta cuatro veces su tamaño. Dado que la fuerza de elevación de los timones depende de la velocidad del barco, los timones laterales sólo son efectivos en barcos de alta velocidad.

En ausencia de cabeceo, para eliminar la resistencia adicional al movimiento del barco y evitar la rotura de los timones al amarrar al costado, los timones laterales se retraen en nichos especiales dentro del casco del barco.

Arroz. 23. Diagrama del dispositivo de un estabilizador de tono giroscópico. 1 - giroscopio; 2 - marco de giroscopio; 3 - ejes que conectan estructuralmente el bastidor con la carrocería; 4 - un dispositivo que gira o frena el marco del giroscopio.

5) Amortiguador giroscópico(Fig. 23) se basa en el uso del efecto giroscópico, la propiedad del giroscopio de mantener inalterado su eje de rotación. El momento giroscópico compensa en gran medida el momento de escora, reduciendo la amplitud del cabeceo. El estabilizador es un volante que gira en un marco conectado mediante bisagras al casco del barco.

Cuando el barco gira hacia un lado, el marco del giroscopio oscila espontáneamente en el DP. Si estos movimientos del bastidor se ralentizan o se fuerza el bastidor a girar mediante un motor eléctrico especial, ejercerá una presión adicional sobre los ejes, formando un par que contrarresta el balanceo del barco. Por ejemplo, un estabilizador de este tipo (con un volante que pesa 20 toneladas) está instalado en el submarino estadounidense George Washington.

Controlabilidad Un barco se denomina capacidad para mantener una determinada dirección de movimiento o cambiarla de acuerdo con el cambio de timón. La controlabilidad se caracteriza, por un lado, por la capacidad de una embarcación para resistir la acción de fuerzas externas mientras se mueve, lo que dificulta mantener una determinada dirección de movimiento. estabilidad del rumbo y, por otro lado, la capacidad del barco para cambiar la dirección del movimiento y moverse a lo largo de una trayectoria curva; esta capacidad se llama agilidad.

Por tanto, la controlabilidad del barco se refiere a estas dos cualidades, que son contradictorias. Entonces, si crea un barco con una proporción de dimensiones principales que le proporcione una sólida estabilidad en el rumbo, entonces el barco tendrá poca capacidad de giro. Por el contrario, si el barco tiene buena capacidad de giro, será inestable y se desviará en el rumbo. Al crear una embarcación, es necesario tener esto en cuenta y seleccionar el valor óptimo para cada una de estas cualidades para que la embarcación tenga una controlabilidad normal.

Producir es la capacidad de un barco de desviarse espontáneamente de su rumbo bajo la influencia de fuerzas externas. Se considera que el barco tiene un rumbo estable si, para mantenerlo, el número de cambios de timón no supera los 4-6 por minuto y el barco logra desviarse del rumbo no más de 2-3°.

Para garantizar la estabilidad del barco en el rumbo y su maniobrabilidad, se instalan timones en la popa del barco. Cuando se desplaza el timón hacia un lado, surge un momento de un par de fuerzas que hace girar el barco alrededor de un eje vertical que pasa por su centro de gravedad, en la dirección en la que se desplaza el timón (Fig. 24).

Arroz. 24. Diagrama de las fuerzas que actúan sobre el barco cuando se desplaza el timón. N es la resultante de las fuerzas de presión del agua sobre la pala del timón; l es el hombro de un par de fuerzas que hacen girar el barco; Q - fuerza de deriva; F - resistencia frontal al movimiento del buque.

Transfiramos el N resultante al centro de gravedad del barco, el punto G, sin cambiar su dirección y magnitud, y apliquemos una segunda fuerza N en la dirección opuesta. El par de fuerzas resultante crea un momento Mpov = Nl, desviando el barco de la dirección directa hacia el cambio de timón.

Descompondremos la fuerza N en la dirección opuesta en dos componentes: F - una fuerza dirigida hacia adelante - en la dirección opuesta al movimiento de la embarcación, y creando resistencia, reduciendo la velocidad de la embarcación en aproximadamente un 25-50%; Q es la fuerza de deriva que actúa perpendicular al DP y hace que la embarcación se mueva con un retraso, que se amortigua rápidamente por la resistencia del agua.

Si se deja a bordo el timón de un barco que se mueve a cierta velocidad, entonces el centro de gravedad del barco (alrededor del cual gira) comenzará a cambiar la trayectoria de su movimiento de recto a curvo, convirtiéndose gradualmente en un círculo de diámetro constante D c, que se llama diámetro de circulación, y el movimiento del barco a lo largo de tal trayectoria es circulación de vasos(Figura 25).

El diámetro de la circulación, expresado en la longitud del vaso, determina el grado de maniobrabilidad del mismo. Se considera que un barco es bien maniobrable si D c = (3/5) L. Cuanto menor sea el diámetro de circulación, mejor será la maniobrabilidad del barco. La distancia l recorrida por el barco entre su centro central en el momento de mover el timón y antes de que el barco gire 90°, medida a lo largo de la línea recta de su movimiento, se llama avance.

Arroz. 25. Circulación de buques. D c - diámetro de la circulación establecida; D t - diámetro de circulación táctica; ,в - ángulo de deriva.

La distancia entre la posición de la línea central al comienzo del giro y después de que el rumbo del barco ha cambiado 180°, medida perpendicularmente a la dirección original del movimiento, se llama diámetro de circulación táctica, que suele ser Dt = (0,9/1,2) Dts. El ángulo formado por la posición del DP y la tangente a la trayectoria del vaso durante la circulación trazada por el punto G se llama ángulo de deriva v.

Cuando el barco se mueve en circulación, desarrolla un balanceo hacia un lado, opuesto al cambio de timón. El momento de escora se forma a partir de un par de fuerzas: la fuerza de inercia centrífuga aplicada en el centro de gravedad del buque y la fuerza de presión hidrodinámica aplicada aproximadamente en la mitad del calado. El ángulo de escora alcanza su valor máximo con un diámetro de circulación igual a 5L, y aumenta cuanto mayor es la velocidad del buque y menor el diámetro de circulación, y un aumento de estos parámetros puede provocar el vuelco del buque.

Tasa de ventas Se llama embarcación a su capacidad para moverse a una velocidad determinada gastando una determinada potencia de los motores principales.

Cuando una embarcación se mueve, inmediatamente comienzan a actuar sobre ella fuerzas de resistencia del agua y del aire, dirigidas en dirección opuesta a su movimiento, superadas por la presión persistente de la propulsión.

El estudio de cuestiones relacionadas con el patrón de estas resistencias permite seleccionar los contornos más racionales de la embarcación, asegurando el logro de la velocidad con un gasto mínimo de potencia del motor.

La resistencia al movimiento de un barco aumenta al aumentar la velocidad y es igual a la suma de las resistencias individuales. La resistencia al agua se compone de:

A) resistencia a la forma o resistencia a los vórtices Rф, dependiendo de la forma de la parte sumergida del casco y de las formaciones de vórtices de agua creadas detrás de la popa, que, al separarse del barco, se llevan consigo la fuerza viva del movimiento de rotación que tienen. adquirido. Cuanto más lleno sea el casco del barco y peor sea su aerodinámica, más vórtices y mayor será la resistencia;

Arroz. 26. Un sistema de olas que surge cuando un barco se mueve. 1, 2 - popa y proa divergentes, respectivamente; 3, 4 - proa transversal y popa, respectivamente.

b) resistencia a la fricción R t, que depende de la velocidad del barco y del tamaño de la superficie de la parte del casco sumergida en agua. La resistencia a la fricción surge porque las partículas de agua en contacto con la superficie sumergida del casco se adhieren a ella y adquieren la velocidad del barco. Las capas de agua vecinas también comienzan a moverse, pero a medida que se alejan de la superficie del casco, su velocidad disminuye gradualmente y desaparece por completo. Así, en la superficie de la parte sumergida del cuerpo se forma la llamada capa límite, en cuya sección transversal la velocidad del agua no es la misma. Se han obtenido fórmulas experimentales para determinar la fricción de la superficie del barco.

La rugosidad de la superficie aumenta la resistencia a la fricción, lo que también se tiene en cuenta.

La resistencia a la fricción está muy influenciada por la contaminación de la parte submarina del casco con algas, conchas y otros organismos que mastican el agua, lo que aumenta la fricción entre el casco y el agua. Se conocen casos en los que, 4-5 meses después de limpiar la superficie submarina, la velocidad del barco disminuyó entre 4 y 5 nudos debido a la contaminación.

B) resistencia al oleaje R B, dependiendo de la forma de la parte submarina del casco y que representa el gasto de parte de la potencia del motor principal en la formación de un sistema de olas que acompañan al barco en movimiento (Fig. 26).

A bajas velocidades se forman ondas predominantemente divergentes. A medida que aumenta la velocidad, aumenta la magnitud de las ondas transversales, cuya formación requiere mayor potencia; ¿Por qué?

D) resistencia de las partes salientes R, dependiendo de la resistencia de las partes salientes individuales ubicadas en la parte submarina del casco: timones, ménsulas, quillas laterales, partes salientes de instrumentos, etc.

Para determinar el valor de estas resistencias (con excepción de la resistencia a la fricción, que se determina mediante cálculos y experimentos), los modelos de barcos se prueban en piscinas experimentales especiales, cuyas dimensiones alcanzan los 1500x20 m con una profundidad de hasta 7 m. La longitud de los modelos es de 2-8 m.

El remolque de estos modelos se realiza mediante carros especiales que se desplazan sobre rieles colocados a ambos lados de la piscina. El modelo está conectado al carro a través de un dinamómetro, que mide la fuerza de resistencia del modelo cuando el carro se mueve uniformemente a cierta velocidad a lo largo de la piscina. Los modelos de barcos están hechos de una estructura de madera (skelton), cubierta con lona y recubierta con una capa de parafina. La parafina está bien procesada y puede modificarse y restaurarse fácilmente. A veces los modelos están hechos íntegramente de madera.

Los resultados obtenidos durante las pruebas de los modelos se recalculan para un barco a escala real según las leyes de similitud dinámica. La resistencia del aire R B3 depende del tamaño de la proyección de la superficie del vaso sobre el plano de la sección media; velocidad, dirección del movimiento; velocidad del viento. Se determina en un túnel de viento soplando un modelo a través de él y alcanza tamaños impresionantes a altas velocidades, alcanzando hasta el 10% de la resistencia total. Después de determinar todas las resistencias individuales, la resistencia total al movimiento del recipiente se determina como su suma, igual a

La impedancia es la base para determinar la potencia requerida del sistema de propulsión principal del barco, que los propulsores convierten en movimiento hacia adelante del barco a una velocidad determinada.

Se requieren tres tipos de energía.

1) potencia de remolque o efectiva (EPS), necesaria para superar la resistencia total al movimiento de la embarcación a una determinada velocidad, expresada en caballos de fuerza (1 hp = 75 kgm/seg); es igual

donde R es la resistencia total, kg

V - velocidad del barco, m/seg;

2) potencia en el eje del motor (BPS), es de mayor tamaño que el anterior y se determina en función del remolque, teniendo en cuenta la eficiencia del propio sistema de propulsión, mecanismos de transmisión (cajas de cambios, acoplamientos, etc.), ejes (soportes y cojinetes, etc.), es igual

donde n - eficiencia: n d - propulsión; n n - ejecuciones; n P - mecanismo de transmisión y otros;

3) potencia indicada (JPS), que a su vez es mayor que la potencia del eje e igual a la potencia requerida de la central eléctrica, teniendo en cuenta la eficiencia del propio motor, es decir

donde C M es la eficiencia mecánica de la máquina. El producto de todos los factores de eficiencia se llama coeficiente de propulsión global, que para los barcos modernos está en el rango t) = 0,2-0,64. Todos los cálculos dados fueron para resistencia en aguas tranquilas. Las olas, el cabeceo, la guiñada del barco y otros fenómenos también afectan la velocidad del barco, reduciéndola en promedio entre un 7 y un 9% más, y en tormentas y olas severas, hasta un 50-60%. La potencia del sistema de propulsión principal del barco se convierte en movimiento hacia adelante del barco mediante los propulsores del barco.

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Al navegar, el barco está sujeto a balanceo únicamente sobre la superficie agitada del mar. En una superficie tranquila (en aguas tranquilas), el balanceo sólo puede provocarse de forma artificial. La principal causa de las olas del mar es la energía cinética del viento. El comportamiento de un barco en las olas depende de la naturaleza de las olas y de las características del propio barco, por ejemplo su estabilidad, carga, forma del casco, dimensiones principales, velocidad y dirección del movimiento en este momento en relación con la onda, la presencia de carinas cigomáticas, etc.

El movimiento oscilatorio de una embarcación es una combinación interconectada de tres tipos de cabeceo: balanceo, cabeceo y vertical.

El período de balanceo de un barco en aguas tranquilas en segundos, es decir el tiempo durante el cual el barco se inclinó y se levantó: el período de sus propias oscilaciones se puede obtener utilizando la fórmula aproximada

TQ = k B/, donde el coeficiente k = 0,77 – 0,8 depende del tipo de embarcación y de las condiciones de carga.

valores aproximados de los períodos de cabeceo TY y levantamiento Tz

TY = Tz = 2,4.

Una característica importante del movimiento de las olas es la amplitud (el mayor ángulo de inclinación del barco con respecto al horizonte). La amplitud depende en gran medida de la relación entre el período de balanceo del barco en aguas tranquilas y el período de la ola.

El período de una onda es el tiempo en segundos durante el cual los picos o fondos adyacentes de una onda pasan por un punto determinado en el espacio (figura 4.10).

En el caso de valores iguales o incluso cercanos de los períodos de olas y cabeceo, se produce resonancia y luego la amplitud del cabeceo del barco alcanza valores grandes.

La ola ideal que se muestra en la Fig. 4.10 se llama "regular" a diferencia de las olas del mar reales, que se llaman "irregulares" y se obtienen como resultado de la superposición de diferentes sistemas de olas, la influencia de aguas poco profundas, costa, etc.

El comportamiento de un barco en mares agitados depende de su estabilidad. Un vaso con una altura metacéntrica grande tiene un período relativamente corto y un movimiento de balanceo rápido; un vaso con una altura metacéntrica pequeña oscila más lentamente. Por esta razón, el balanceo de un remolcador o granelero con una carga pesada, que tiene una estabilidad excesiva, se tolera mucho peor que el balanceo de un portacontenedores o buque de pasajeros. El pitching es ciertamente un fenómeno nocivo y es urgente reducir su impacto en las estructuras, los mecanismos y las personas. Para estos fines, los barcos están equipados con quillas de sentina, timones activos, tanques calmantes y estabilizadores giroscópicos, que reducen principalmente el balanceo.