Водоизмещение судна - это один из ключевых параметров, влияющих на его ходовые качества, остойчивость и безопасность плавания. Правильное определение водоизмещения позволяет рассчитать оптимальные характеристики судна для выполнения поставленных задач.
Понятие водоизмещения судна
Водоизмещение судна это количество воды, равное по массе полной массе данного судна. Этот термин был введен Архимедом, который открыл закон о том, что любое тело, погруженное в жидкость, вытесняет объем жидкости, равный своему объему.
Формула для расчета водоизмещения судна выглядит следующим образом:
Δ = ρ x V
где Δ - водоизмещение судна, ρ - плотность воды, V - объем погруженной части судна.
Водоизмещение измеряется в тоннах или кубических метрах. 1 тонна ≈ 1,025 м3 пресной воды или ≈1 м3 морской воды.
Виды водоизмещения судна
Существует несколько разновидностей водоизмещения в зависимости от вида судна и его загрузки:
- Полное водоизмещение - при полном погружении корпуса судна;
- Частичное водоизмещение - часть корпуса над водой;
- Постоянное водоизмещение - вес корпуса и оборудования;
- Переменное водоизмещение - с учетом груза и пассажиров.
Для подводных лодок различают:
- Надводное водоизмещение - на поверхности;
- Подводное водоизмещение - при погружении;
Например, подводное водоизмещение российской подводной лодки проекта 971 "Щука-Б" составляет 13800 тонн, а надводное лишь 4950 тонн. Такая большая разница обусловлена заполнением балластных цистерн водой при погружении.
Влияние водоизмещения на мореходные качества
Водоизмещение судна является критически важным фактором, влияющим на его ходовые характеристики, остойчивость, маневренность и прочие мореходные качества.
Чрезмерно большое водоизмещение может снизить скорость и управляемость судна. С другой стороны, недостаточное водоизмещение негативно отразится на остойчивости и способности судна противостоять волнению и штормам.
Например, перегруженный и неустойчивый пароход “Восток” в 1957 году перевернулся и затонул во время шторма в Японском море, унеся с собой десятки человеческих жизней.
Таким образом, грамотный расчет водоизмещения позволяет обеспечить оптимальное соотношение грузоподъемности, скорости, устойчивости судна и других характеристик.
Практические рекомендации по расчету водоизмещения
Для точного расчета водоизмещения судна на практике используются следующие методы:
- По ватерлинии. Замеряется осадка судна по специальным маркам на бортах, затем по таблицам определяется водоизмещение для данной осадки.
- Весовой метод. Судно взвешивается сначала на воздухе, затем на воде. Разница показывает величину водоизмещения.
- С помощью специальных приборов и датчиков, которые позволяют получить точные замеры водоизмещения в реальных условиях эксплуатации судна.
Для уточнения водоизмещения по мере загрузки судна используют грузовые шкалы с отметками грузовой марки. Текущее водоизмещение при наборе груза сверяют с расчетными показателями для данного судна.
Факторы, влияющие на величину водоизмещения
Водоизмещение судна зависит от следующих критериев:
- Размеры судна. Чем больше линейные размеры, тем выше водоизмещение.
- Форма корпуса. Обтекаемые формы уменьшают водоизмещение по сравнению с коробчатыми.
- Вес груза и топлива. Увеличение ведет к росту водоизмещения.
- Тип материала. Легкие композиты снижают водоизмещение по сравнению со сталью.
Таким образом водоизмещение судна это динамичный показатель, изменяющийся в зависимости от загрузки и условий эксплуатации судна.
Танкеры
Ввиду больших размеров, значительного веса и высоты морских волн, нестандартные резервуары для нефти на танкерах приходится реализовать с обводами почти идеальной гидродинамической формы.
Для повышения остойчивости они заполняются примерно на 80% чтобы был объем для выравнивания при раскачке. Датчики дифферента позволяют автоматически перекачивать нефть в более защищенные отходы танка, чтобы предотвратить опрокидывание или повреждение резервуаров и забортных труб.
Отдельный вопрос - расчет нагрузки на корпус танкера от неравномерного распределения неоднородных жидкостей при длительном нахождении в плавании. Здесь могут помочь методы математического моделирования и гидравлических расчетов.
Пассажирские суда
Главный принцип при строительстве и эксплуатации пассажирских судов - обеспечение безопасности и комфорта пассажиров. Оптимальное водоизмещение рассчитывается с избытком, чтобы обеспечить необходимый запас плавучести. При этом важна достаточная скорость и маневренность.
Согласно закону Архимеда и морской практике пассажирское судно должно иметь плавучесть и устойчивость достаточную для того, чтобы удержаться на плаву и при значительном затоплении отсеков.
