Podstawy Teorii Okrętu

Podsumowanie wykładów

04.04.2013 r.

1. Wprowadzenie

Cel wykładu

Zapoznanie studentów z podstawami teorii okrętów. Wykład dotyczy odpowiedzi na pytanie:
"Jakie cechy i charakterystyki okrętu decydują o jego zachowaniu się na morzu, w warunkach
operacyjnych"?
W ramach wykładu studenci powinni dowiedzieć się jakie cechy decydują o efektywności
okrętu a które o jego bezpieczeństwie.
Początkiem wykładu powinny być definicje:
1) co to jest okręt (statek, obiekt oceanotechniczny) - z naukowego i praktycznego punktu
widzenia; w jaki sposób można okręt opisać, itd.
2) co to jest morze (czy tylko wiatr, falowanie, prąd wody)?

Zakres wykładu

1)

Informacje podstawowe

2)

Okręt

3)

Cechy okrętu

4)

Warunki równowagi okrętu

5)

Pływalność okrętu

6)

Stateczność okrętu

7)

Niezatapialność okrętu

8)

Wybrane zagadnienia z dynamiki okrętu

9)

Zakończenie wykładu

Wymagania

1)

Obecność na wykładach: obowiązkowa

2)

Notatki: konieczność

3)

Aktywny udział w wykładach: notatki własne, pytania

4)

Sprawdzenie wiedzy: 1 niezapowiedziany sprawdzian, 1 zapowiedziany sprawdzian,
kolokwium końcowe

5)

Ocena końcowa: podczas ostatniego wykładu w semestrze letnim r.a. 2012/2013

2. Podstawy teorii okrętu

W ujęciu klasycznym teoria okrętu dotyczyła następujących problemów:

Antoni Garnuszewski -
"Teorja okrętu", Konspekt wykładów na III. kursie Szkoły Morskiej w Tczewie, Nakładem szkoły
Morskiej, Tczew 1928.

Rozdział I

-

Wypór i wyporność

Wymiary główne. Pojęcia zasadnicze i oznaczenia

- Dłuża, długość statku
- Szerza, szerokość
- Zagłębienie, zanurzenie
- Wyż boczna, boczna wysokość
- Wynios burty, wysokość nadwodnej części burty
- Wodnica
- Pływnica
- Owręże zasadnicze
- Wyprzeń, bryła wody
- Wyporność statku
- Wypór
- Tona metryczna
- Nośność
- Wyporność zapasowa
- Środek wyporu, środek ciężkości wyprzenia
- Oś ciężkości
- Pełnotliwość statku
- Pełnotliwość owręża

Niezatapialność

- Wynios burty

- Wyporność zapasowa

Rysunek teoretyczny

- Płaszczyzny rzutów (diametralna, wodnicy zasadniczej, owręża głównego)
- Wyliczanie pola przekrojów statku
- Przybliżone obliczanie wyporności
- Wykres wyporu
- Wykres ton na 1" zagłębienia

Zmiana zagłębienia statku przy przejściu z wody słonej do slodkiej i odwrotnie

Ładowność statku i skala ładunkowa

Rozdział II

-

Stateczność

- Określenie stateczności (Stateczność, Stateczność poprzeczna, Stateczność wzdłużna)
- Środek wyporu "F"
- Wykresy pionowego i wzdłużnego położenia środków wyporu
- Środek ciężkości statku
- Stateczność poprzeczna. Metacentrum (M)
- Promień metacentryczny (Mały) MF
- Wykres metacentrów poprzecznych
- Określenie wysokości metacentrycznej MG i środka ciężkości statku G za pomocą

nachyleń

bocznych
- Stateczność poprzeczna przy znacznych kątach nachyleń statku. Wykres Reed'a
- Nachylenie statku od przesuniecia ładunku ku burcie
- Wpływ na stateczność poprzeczną zdjęcia albo dodania ładunku
- Wpływ na stateczność poprzeczną zapełnienia wodą przedziału wodoszczelnego

statku

- Wpływ na statecznośc poprzeczną wahającego się ładunku
- Stateczność wzdłużna
- Dyfferent
- Moment zmieniający dyfferent na 1 cal

Rozdział III

-

Szybkość statku

- Opór wodny
- Obliczanie indykowanej (wskazanej) mocy (I.H.P.)
- Sposób Froude'a obliczania całkowitego oporu wody (W)
- Wzór praktyczny Afanasjewa
- Szybkość ekonomiczna
- Przebiegi próbne

Rozdział IV

-

Kołysania (wahania) statku

- Wahania poprzeczne (boczne) statku na wodzie spokojnej
- O falowaniu wody
- Boczne wahania statku na fali

- Wpływ przenoszenia ładunków wewnątrz statku na wahania poprzeczne (boczne)

statku

- Wzdłużne wahania statku na fali

Rozdział V

-

Ożaglenie

- Działanie wiatru na żagle
- Stopniowanie wiatrów podług Beaufort'a
- Środek ciężkości pola żaglowego i środek bocznego oporu wody

Czym obecnie zajmuje się teoria okrętu powiemy sobie na następnym wykładzie.

3. Informacje podstawowe

Terminologia
Definicje
Okręt
Warunki: stan morza
Ruch okrętu na morzu
Układy współrzędnych
Cechy okrętu

Charakterystyki hydromechaniczne okrętu

4. Okręt (statek, obiekt oceanotechniczny)

Kształt kadłuba okrętu
Wymiary główne kadłuba okrętu
Stosunki wymiarów głównych
Charakterystyki kształtu kadłuba
Metody opisu kształtu kadłuba
Metody projektowania kształtu kadłuba

5. Cechy okrętu

Warunki równowagi - na tym głównie koncentruje się Teoria Okrętu
Pływalność okrętu - na tym głównie koncentruje się Teoria Okrętu
Stateczność okrętu - na tym głównie koncentruje się Teoria Okrętu
Właściwości oporowo-napędowe okrętu
Właściwości manewrowe okrętu
Właściwości morskie okrętu

4.

Warunki równowagi okrętu

Równowaga trwała
Równowaga obojętna
Równowaga chwiejna
Równania równowagi
Równowaga wybranych obiektów: okręt nawodny, okręt podwodny, platforma wiertnicza

Przy rozpatrywaniu ruchów statku przyjmuje się najpierw początek układu współrzędnych
Oxyx, który jest związany ze statkiem. Jest on najczęściej zaczepiony w środku ciężkości
statku G:

oś Ox - skierowana w stronę dziobu
oś Oy - na prawą burtę
oś Oz - ku dołowi

Przechyły na prawą burtę mają znak dodatni.
Przechyły na rufę mają znak dodatni.

Obrót w płaszczyźnie poziomej w prawo znak dodatni.

Czasami początek układu Oxyz przyjmuje się, że leży na swobodnej powierzchni wody.

Równowaga okrętu pływającego na wodzie spokojnej sprowadza się do spełnienia dwóch
warunków:

∑ F

i

= 0

∑ M

Ai

= 0

Równowaga może być: stała , obojętna i chwiejna.

Dąży się do zapewnienia równowagi stałej, ale nie zawsze jest to możliwe. Wtedy dopuszcza
się wystąpienie równowagi obojętnej.

Równowaga chwiejna jest wstępem do katastrofy i jest równoznaczna z utratą:
- pływalności,
- stateczności.

Równowaga stała jest wtedy, gdy statek pod wpływem działania jakiegoś zakłócenia wychyli
się z położenia pierwotnego, a po zniknięciu tego zakłócenia wróci do swojego początkowego
położenia.

Warunek, aby tak się stało jest następujący:

∂F

s

/ ∂s < 0

∂M

s

/ ∂s < 0

Jeśli brak jest sił przywracających, nie może zaistnieć równowaga stała.

W przypadku ruchu statku wzdłuż osi Ox pod wpływem jakiegoś zakłócenia, statek posiada
równowagę obojętną i wówczas:

∂F

x

/ ∂x = 0

W przypadku przesunięcia pionowego na wodzie spokojnej na statek działają dwie siły:

Siła wyporu:

R

z

= - D = - ρgV

Siła ta przechodzi przez środek wyporu B. Położenie środka wyporu zależy od położenia
kadłuba względem wody.

Drugą sił skierowaną pionowo w dół jest ciężar statku W:

W = m g

Statek posiada równowagę stałą na kierunku osi Oz, jeśli spełniona jest zależność:

∑ Fz

i

= R

z

+ W = - D + W = - ρgV + m g = 0

Wniosek: wypór okrętu musi się równać jego ciężarowi.

Jeżeli W > D okręt zanurza się głębiej, jeśli posiada wyporność zapasową, lub tonie.

Jeżeli W < D okręt wynurza się aż do chwili, gdy zmniejszona objętość części podwodnej V
wytworzy wypór równy ciężarowi statku.

Momenty tych sił będą równe zeru, gdy leżą na jednej prostej. Dla statku w pozycji
wyprostowanej ma to miejsce wówczas, gdy współrzędne x i y środków ciężkości i wyporu
statku są sobie równe:

x

B

= x

G

y

B

= y

G

Dla zapewnienia równowagi stałej przy obrotach statku wokół osi x (przechył, kołysanie)
niezbędne jest spełnienie warunku:

∂M

φ

/ ∂φ < 0

i przy obrotach wokół osi y (przegłębianie, kiwanie) konieczne jest spełnienie warunku:

∂M

θ

/ ∂θ < 0 .

Można ostrożnie powiedzieć, że wszystkie statki nawodne znajdują się w stanie równowagi
stałej przy kiwaniu, natomiast przy przechylaniu (obroty wokół osi x) warunek ten musi być
spełniony przynajmniej w zakresie mniejszych kątów przechyłu.

Przykłady równowagi statku przy przechyłach:

5. Pływalność okrętu

Zrównoważanie poprzeczne
Zrównoważenie podłużne
Krzywa grodziowa
Zapas pływalności

6. Stateczność okrętu

Stateczność początkowa
Stateczność przy małych kątach przechyłu
Stateczność przy dużych kątach przechyłu
Obliczenia stateczności
Ocena stateczności

7.

Niezatapialność okrętu

Pływalność okrętu w stanie uszkodzonym
Stateczność okrętu w stanie uszkodzonym
Obliczenia stateczności okrętu w stanie uszkodzonym
Ocena stateczności okrętu w stanie uszkodzonym

8.

Wybrane zagadnia z dynamiki okrętu

Właściwości oporowo-napędowe okrętu
Właściwości manewrowe okrętu
Właściwości morskie okrętu

9.

Zakończenie wykładu

Opracował:
dr hab. inż. Mirosław Gerigk
[e-mail]