background image

Charakterystyki geometryczne kadłuba statku – 

obliczenia

Obliczanie wielkości, zależnych od kształtu kadłuba, takich jak np. objętość kadłuba 
lub   współrzędne   środka   wyporu,   sprowadza   się   do   obliczeń   pól,   momentów 
statycznych i momentów bezwładności figur płaskich. 
Figury te mogą być przekrojami wodnicowymi, wrężnicowymi lub wzdłużnicowymi 
kadłuba, mówimy wtedy odpowiednio o metodzie wodnicowej, wzdłużnicowej lub 
wrężnicowej

Metoda wodnicowa

Niech   będą   dane   przekroje   wodnicowe   kadłuba.   Aby   obliczyć   wyporność  

współrzędne środka wyporu x

B

 i z

B

 dla kolejnych zanurzeń statku z = T

j

 trzeba znać: 

pola przekrojów wodnicowych A

w

(z)

momenty   statyczne   tych   pól   względem   krawędzi   przecięcia   płaszczyzn 
przekrojów wodnicowych z płaszczyzną owręża m

wy

(z)

Obliczanie charakterystyk geometrycznych podwodzia – metoda wodnicowa                 1

background image

Wartości te obliczamy dla każdej kolejnej wodnicy w następujący sposób:

A

W

=

L

W

2ydx

,   [m

2

]

m

Wy

=

L

W

2yxdx

,   [m

3

]

Współczynnik 2 pod całkami wynika stąd, że całkujemy tylko pół wodnicy. 
Wielkości   te   są   oczywiście   funkcją   zanurzenia   okrętu.   Znając   je   łatwo   obliczyć 
odciętą środka pływania każdej wodnicy  x

F

  – czyli punkt wokół którego statek się 

przegłębia. W ogólnym przypadku 

nie 

jest to oczywiście punkt leżący w płaszczyźnie 

owręża.

x

F

=

m

Wy

A

W

y

F

 = 0 – ze względu na symetrię przekroju wodnicowego

W ten  sposób  – obliczając  pola  kolejnych  wodnic  i ich  momenty  statyczne   oraz 
odcięte środków pływania uzyskujemy:

krzywą pól przekrojów wodnicowych A

w

=A

w

(z)

krzywą momentów statycznych pól przekrojów wodnicowych m

wy

=m

wy

(z)

Obliczanie charakterystyk geometrycznych podwodzia – metoda wodnicowa                 2

background image

Wyporność  

i współrzędne środka wyporu  B: x

B

  i  z

B

  oblicza się w następujący 

sposób:

∇ =

z

A

=T

j

A

W

z dz

  -   całkujemy   krzywą   pól   przekrojów   wodnicowych   po 

zmiennej z
Obliczamy tzw.  moment  statyczny objętości podwodzia względem płaszczyzny 
owręża:

Myz=

z

A

z=T

j

m

Wy

z dz

  -   całkujemy   krzywą   momentów   statycznych   pól 

przekrojów wodnicowych

Obliczamy  moment   statyczny   objętości   podwodzia   względem   płaszczyzny 
podstawowej:

Mxy=

z

A

z=T

j

A

W

 zdz

i obliczamy współrzędne środka wyporu:

x

B

=

M

yz

z

∇ 

               

z

B

=

M

xy

z

∇ 

Ze wzorów powyższych wynika, że:

1. krzywa 

=

(z) jest krzywą całkową krzywej A

W

=A

W

(z)

2. krzywa M

xy

 = M

xy

(z) jest krzywą całkową krzywej z=z(

)

3. krzywa M

yz

=M

yz

(z) jest krzywą całkową krzywej m

wy

=m

wy

(z)

Obliczanie charakterystyk geometrycznych podwodzia – metoda wodnicowa                 3

background image

W   praktyce   całkowanie   można   przeprowadzić   na   jednym   wykresie   (rysunek 
powyżej).   Najpierw   obliczamy   pola   poszczególnych   wodnic   i   rysujemy   krzywą 
A

W

=A

W

(z). Nastepnie całkujemy tą krzywą po wysokości statku – czyli obliczamy 

pole   między   krzywą    A

W

=A

W

(z),  a   osią  z  -   uzyskujemy   stąd   krzywą  

=

(z)

Następnie całkujemy tą krzywą, ale tym razem po osi pozimej względem zmiennej

,  uzyskując funkcję M

xy

=M

xy

(z)

Obliczanie charakterystyk geometrycznych podwodzia – metoda wodnicowa                 4

background image

Podobnie wyznaczamy moment statyczny wyporności względem płaszczyzny owręża 
–   ponieważ   krzywa  M

yz

=M

yz

(z)  jest   krzywą   całkową   krzywej  m

wy

=m

wy

(z) 

wykonujemy całkowanie tak jak na powyższym wykresie.

Obliczanie charakterystyk geometrycznych podwodzia – metoda wodnicowa                 5

background image

Dla danego przekroju wodnicowego wyznacza się jeszcze  momenty bezwładności 
tego przekroju względem osi x i y oraz względem osi y' przechodzącej przez środek 
pływania. 

Moment bezwładności względem osi wzdłużnej jest równy:

I

xx

=

2
3

L

w

y

3

dx

- obliczanie dla wszystkich wodnic daje krzywą I

xx

=I

xx

 (z)

Moment bezwładności względem osi poprzecznej jest równy:

I

yy

=

2

L

w

yx

2

dx

- obliczanie dla wszystkich wodnic daje krzywą I

yy

=I

yy

 (z)

Centralne   momenty   bezwładności   względem   osi   przechodzących   przez   środek 
pływania F, oznacza się symbolami i oblicza następująco:

I

T

=

I

XX

I

L

=

I

yy

x

F

2

A

W

Uwaga:   mylące   może   być   oznaczenie   tych   momentów   bezwładności   ponieważ 
indeksy  T  i  L  przy   literze  I  oznaczają   odpowednio  transverse  –   poprzeczny   i 
longitudinal  – wzdłużny. Mamy więc jak widać do czynienia z sytuacją w której 
poprzeczny moment bezwładności oblicza się względem osi wzdłużnej, natomiast 
moment wzdłużny oblicza się względem osi poprzecznej.
Chodzi  tutaj   o to,  że w  języku  polskim  przyjęło  się  mówić  względem jakiej   osi 
obliczamy   moment   natomiast   w   języku   angielskim   mówimy   o   kierunku   (stopnia 
swobody) ruchu, np. moment poprzeczny używamy przy obliczeniach statecznosci 
poprzecznej   kiedy   rozważamy   ruch   statku   z   burty   na   burtę   –   a   więc  wokół  osi 
wzdłużnej.

Obliczanie charakterystyk geometrycznych podwodzia – metoda wodnicowa                 6

background image

Wszystkie opisane tu krzywe tj :

A

w

 = A

w

(z)

m

wy 

= m

wy

(z)

M

xy

 = M

xy

(z)

M

yz

 = M

yz

(z)

=

(z)

z

B

 = z

B

(z)

x

B

 = x

B

(z)

I

xx

 = I

xx

(z)

I

yy

 = I

yy

(z)

I

= I

T

(z)

I

L

 = I

L

(z)

dla   statku   pływającego  bez   przechyłu   i   przegłębienia  przedstawiane   są   na   tzw. 
arkuszu  krzywych  hydrostatycznych   w układzie  w  którym   rzędną  jest  zanurzenie 
okrętu   z,   natomiast   odciętymi   –   wartości   wymienionych   charakterystyk 
geometrycznych. Przykład poniżej.

Krzywe hydrostatyczne

Obliczanie charakterystyk geometrycznych podwodzia – metoda wodnicowa                 7