1.Ramieniem prostującym GZ nazywamy odległość między linią działania siły wyporu a linią działania siły ciężkości. Ramię prostujące zależy od: kształtu kadłuba (przede wszystkim od stosunku szerokości bocznej statku do zanurzenia, a także od wysokości wolnej burty), stanu załadowania statku (ciężaru statku wpływającego na jego zanurzenie, wzniesienia środka ciężkości), kąta przechyłu statku. Wzór GZ= lK-lC , gdzie: GZ- ramię prostujące [m], lK- ramię stateczności kształtu [m], lc- ramię stateczności ciężaru. lK odczytujemy z pantokaren, a lC obliczamy wg wzoru: lC=KG'*sinϕ, gdzie: KG- wzniesienie środka ciężkości nad płaszczyzną podstawową [m], ϕ- kąt przechyłu [°]. Obliczenia ramion prostujących znacznie upraszczają się, jeżeli przeprowadzone są w odpowiedniej tabeli.
ϕ[°] |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
sinϕ |
0,173 |
0,342 |
0,5 |
0,643 |
0,766 |
0,866 |
0,94 |
0,985 |
lK [m] |
|
|
|
|
|
|
|
|
LC [m] |
|
|
|
|
|
|
|
|
GZ[m] |
|
|
|
|
|
|
|
|
Wielkości liczbowe ramion prostujących, otrzymane w ostatnim wierszu tabeli, naniesione na odpowiedni wykres pozwolą na sporządzenie krzywej ramion prostujących. Krzywa ramion prostujących to funkcja przedstawiająca zależność ramienia prostującego od kąta przechyłu dla danego stanu załadowania statku. Zawiera ona następującą informację: jak daleko linia działania siły wyporu odległa jest od linii działania siły ciężkości w zależności od kąta przechyłu statku. Istotną wiadomością jest również to, że danemu stanowi załadowania odpowiada tylko jeden przebieg krzywej ramion prostujących.
2.Początkowa wysokość metacentryczna jest to różnica między wzniesieniem punktu metacentrycznego KM a wzniesieniem środka ciężkości KG obliczona jako pochodna ramion prostujących przy założeniu, że kąt przechyłu wynosi zero stopni oraz że krzywa środków wyporu jest zastąpiona łukiem okręgu, czyli jeśli:
to GM=KM-KG, gdzie: KM- wzniesienie Punktu metacentrycznego, KM=KB0 + r, KG- wzniesienie środka ciężkości statku nad płaszczyzną podstawową (z uwzględnieniem wpływu swobodnych powierzchni cieczy). PWM zależy od: -kształtu kadłuba, przede wszystkim od szerokości, która wpływa w znaczącym stopniu na poprzeczny moment bezwładności wodnicy, -ciężaru statku, który wpływa przede wszystkim na objętość podwodnej części kadłuba, a także na zanurzenie statku, któremu odpowiada określony poprzeczny moment bezwładności wodnicy, -wzniesienia środka ciężkości (z uwzględnieniem swobodnych powierzchni cieczy). Jeżeli PWM jest odpowiednio duża, to stateczność statku w danym stanie załadowania w odniesieniu do małych kątów przechyłu jest wystarczająca. PWM wpływa na następujące właściwości statku: -wielkość kąta przechyłu spowodowanego zewnętrznym ramieniem przechylającym o charakterze statycznym w zakresie małych kątów przechyłu. Jeżeli PWM jest duża, to statek ma dużą zdolność do powrotu do położenia równowagi przy małych kątach przechyłu. -Okres kołysań bocznych statku i poprzeczne przyspieszenie przy kołysaniu statku na fali. Duża PWM powoduje, że okres kołysań własnych statku jest krótki. Obliczanie PWM: obliczyć D i KG, skorygować KG o poprawkę uwzględniającą wpływ swobodnych powierzchni cieczy,na postawie obliczonego wyporu odczytać z arkusza krzywych hydrostatycznych KM, od KM odjąć KG'
3. Poprawka na swobodne powierzchnie cieczy, to odległość, o jaką należy zwiększyć wzniesienie środka ciężkości statku (G0) wynikające z rozkładu masy, aby uwzględnić w obliczeniach statecznościowych przemieszanie się cieczy w niecałkowicie zapełnionych zbiornikach, spowodowane przechyłami statku.
; gdzie: D- wyporność statku, ib- poprzeczny moment bezwładności powierzchni prostokąta [m4] ib=
, gdzie: l- długość zbiornika, b- szerokość zbiornika,
- gęstość wody zaburtowej. Poprawka na SPC zależy od kształtu zbiornika w tym miejscu, w którym występuje powierzchnia cieczy, przede wszystkim od jego szerokości. SPC ujemnie wpływają na stateczność statku. Ich ujemny wpływ można ograniczyć poprzez: -odpowiednią konstrukcję zbiornika. Z punktu widzenia SPC, na statku powinny znajdować się zbiorniki wąskie i długie lub wąskie i głębokie. -Odpowiednie gospodarowanie cieczami. Należy zwracać uwagę, aby w danym momencie podróży morskiej, jak najmniejsza liczba zbiorników była częściowo zapełniona.
4.Metoda obliczania położenia środka ciężkości statku.
Układ współrzędnych materialnych i środek ciężkości układu
G- środek ciężkości układu punktów materialnych
Moment statyczny ciężaru- iloczyn ciężaru i odległości od osi odniesienia:
Wzór na położenie środka ciężkości po dodaniu masy:
Wzór na położenie środka ciężkości po przesunięciu masy:
Obliczenie ciężaru i współrzędnych środka ciężkości statku:
1.Przyjąć układ odniesienia 2.Wyodrębnić elementy składowe 3.Każdemu wyodrębnionemu elementowi przyporządkować jego ciężar i współrzędne środka ciężkości w przyjętym układzie współrzędnych. 4.Obliczyć momenty statyczne wyodrębnionych elementów mnożąc ich ciężary przez odpowiednie współrzędne. 5.Dodać do siebie ciężary wszystkich wyodrębnionych elementów - otrzymujemy ciężar statku 6.Dodać do siebie momenty statyczne wszystkich wyodrębnionych elementów - otrzymujemy moment statyczny statku względem danej płaszczyzny odniesienia 7.Sumę momentów statycznych podzielić przez sumę ciężarów - otrzymujemy współrzędną środka ciężkości statku względem płaszczyzny, dla której obliczone zostały momenty statyczne.
5.Pantokareny- element dokumentacji statku zawierający wyniki obliczeń ramion stateczności kształtu. W zależności od standardów stosowanych przez biuro projektowe wykonujące obliczenia pantokaren, w praktyce spotyka się pantokareny sporządzone w funkcji: zanurzenia średniego, objętości podwodzia lub wyporu.
6.ARKUSZ KRZYWYCH HYDROSTATYCZNYCH zawiera charakterystyki kadłuba, które zależą od jego kształtu i od zanurzenia. Sporządzany jest na etapie projektowania statku, bezpośrednio po zdefiniowaniu kształtu kadłuba. Charakterystyki oblicza się przy założeniu, że statek płynie na równej stępce (nie ma przechyłu i przegłębienia, wodnica jest równoległa do płaszczyzny podstawowej). AKH może być sporządzony w postaci rysunku i tabel. Wodnica odpowiadająca danemu zanurzeniu średniemu, ograniczającą od góry podwodną część kadłuba jest równoległa do płaszczyzny podstawowej. Zanurzenie średnie, od którego zależy położenie wodnicy przyjmowane jest w trakcie obliczeń w zakresie od minimalnego , odpowiadającego zanurzeniu średniemu statku pustego do maksymalnego przewidzianego procedura obliczeń. Najczęściej jest to zanurzenie od najwyższej linii ładunkowej , dopuszczane konwencja LL, powiększone o pewna wartość. Informacje zawarte w arkuszu krzywych hydrostatycznych: objętość podwodnej części kadłuba V[m3],wyporność m[t], odległość od środka wyporu do pionu rufowego xB[m], wzniesienie środka wyporu nad PP KB[m], pole powierzchni wodnicy Fw[m2], odległość środka wodnicy od pionu rufowego xF[m], poprzeczny i wzdłużny moment bezwładności wodnicy, poprzeczny promień metacentryczny i wzdłużny, wzniesienie punktu metacentrycznego nad płaszczyzna podstawowa KM[m], zmiana wyporu statku spowodowana zmiana zanurzenia średniego o jednostkę TPC[T/cm], jednostkowy moment przegłębiający Mj [Tm,m], współczynnik pełnotliwości podwodzia, wodnicy, pole powierzchni zwilżonej Az[m2]. Należy zwrócić uwagę, że wszystkie krzywe w AKH naniesione są w funkcji zanurzenia. Jest podane zanurzenie na osi rzędnych.
7.kryteria oceny stateczności statku:
odnoszące sie do krzywej ramion prostujących
zgodnie z tym standardem maksymalna wartość ramienia prostującego musi znaleźć się w niezakreskowanym obszarze wykresu. GZ(60°)>=0
odnoszące się do początkowej wysokości metacentrycznej
według tego standardu szybkość wzrostu ramienia prostującego przy małych kątach przechyłu musi być większa niż wartość początkowej wysokości metacentrycznej określona w kryterium. GM>=0,15m
8.kryterium pogodowe
kryterium odnoszące się do kątów przechyłu
zgodnie z tym standardem, krzywa ramion prostujących musi przechodzić przez niezakreskowany obszar wykresu
max>=25°
9. wykres dopuszczalnych wzniesień środka ciężkości statku
Wykorzystanie wykresu dopuszczalnych wzniesień środka ciężkości statku umożliwia łatwą i szybką ocenę stateczności statku przed wyjściem w morze. Wykres ten powstaje dzięki temu, iż wszystkie kryteria oceny stateczności można przekształcić do warunku nieprzekroczenia określonego wzniesienia środka ciężkości statku dla danego zanurzenia.