Строится масштаб Бонжана на трансформированном контуре сечения корпуса

диаметральной плоскостью. Трансформация заключается в том, что для удобства использования, линейные масштабы вдоль осей ох и оу выбирают различными. От вертикальных линий следов соответствующих теоретических шпангоутов откладывают доведенные до высоты верхней палубы значения площадей шпангоутов (z). С помощью масштаба Бонжана можно определить водоизмещение по любую, в том числе и наклонную (для судна сидящего с дифферентом) ватерлинию. Масштаб Бонжана используется при расчетах непотопляемости и продольного спуска судна.

 

§ 2. Плавучесть судна

 

Плавучестью судна называется его способность плавать по определенную ватерлинию, неся на себе все положенные ему грузы. Имеется в виду, что судно может плавать по поверхности, либо в полностью погруженном положении, при этом считается, что оно не имеет хода, либо что его скорость настолько мала, что силами гидродинамической природы можно пренебречь. Теория плавучести основана на законе Архимеда,

 который в общем случае заключается в том, что на тело погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости, вытесненной телом, и приложенная в центре тяжести вытесненного объема, а применительно к судну он заключается в следующем: общий вес плавающего судна, включая все что в нем содержится и на нем закреплено, должен быть равен весу вытесняемой им жидкости.

Свойство плавучести отличает судно от других инженерных сооружений. Мерой плавучести судна являются его объемное водоизмещение V, весовое водоизмещение G = V, где  - удельный вес забортной воды, массовое водоизмещение D = V, где  - плотность забортной воды.

  Условия и уравнения равновесия плавающего судна. На судно, плавающее неподвижно в положении равновесия на спокойной поверхности воды, действуют следующие силы (рис. 1.8):

                    

       

 

 

              

                                                        Рис.1.8

 

- силы веса всех его частей, которые приводятся к их равнодействующей - силе веса судна Р, направленной вертикально вниз и приложенной в центре тяжести (ЦТ) судна G {Xg, Yg, Zg);

- гидростатические силы давления воды, действующие по нормалям к подводной поверхности судна; горизонтальные составляющие этих сил взаимно уравновешиваются, а вертикальные составляющие приводятся к их равнодействующей - силе плавучести V, направленной вертикально вверх и приложенной в центре величины (ЦВ) -ЦТ подводного объема судна С (Xc, Ус, Zc).

Основным физическим законом, определяющим плавучесть судна, служит закон Архимеда, согласно закону Архимеда вес плавающего судна равен силе плавучести, а масса (массовое водоизмещение судна D) равна массе вытесненной им воды:

 

 

                                             D = V   ( 1.17)

 

Формула (1.17) являются математическими выражениями первого условия равновесия плавающего судна. Но равенства этих сил недостаточно для обеспечения равновесия судна, необходимо еще и равенство нулю суммы моментов этих сил относительно координатных осей:

 

                                P - V  = 0

                                P  - V  = 0 (1.18)

В силу симметрии корпуса относительно ДП Yc = 0, соответственно для того, чтобы судно плавало прямо (  =0), необходимо распределить нагрузку, составляющую силу его тяжести, таким образом, чтобы и Yg = 0.

Отсюда вытекает второе требование к положению центра тяжести судна, сидящего прямо и на ровный киль

                                           Xg = Xc (1.19)

 

Координаты центра величины определяются только формой подводной части судна и для каждой заданной осадки (заданного водоизмещения) легко находятся с помощью кривых элементов теоретического чертежа.

Сила тяжести судна расчитывается путем суммирования отдельных статей нагрузки, включающих корпус главные и вспомогательные механизмы, оборудование, устройства, системы, запасы воды, топлива, экипаж судна, перевозимый груз и т.д.

 

                                           G = (1.20)

Где p – сила тяжести отдельной статьи нагрузки

 Определение массы и координат ЦТ судна. Для использования уравнений равновесия при решении практических задач статики судна необходимо уметь определять массу судна и координаты его ЦТ при любом заданном состоянии его нагрузки. В этом случае масса судна (его водоизмещение D) складывается из масс порожнего судна, команды, снабжения, судовых запасов и балласта, а также перевозимых грузов и пассажиров с багажом. В целях систематизации учета масс и расчета координат ЦТ судна составляют таблицу нагрузки судна (табл. 1.1), в которую заносят массы всех элементов (статей) нагрузки, координаты (плечи) их ЦТ Xj и Zi, а также статические моменты pXi и pZi относительно соответствующих координатных плоскостей. При заполнении таблицы используют судовую документацию  (чертежи общего расположения, таблицы элементов топливных и других цистерн, чертеж размещения грузов и др.).

 

                

 

После суммирования по столбцам 3,6 и 7 таблицы нагрузки судна находят

 

                                         P =

                                         Xg = ;  Zg =      (1.21)

 

Поскольку подводный объем судна симметричен относительно ДП, то определять ординату ЦТ Yg нет необходимости, так как она должна быть равна или близка нулю. В противном случае судно получит крен, наличие которого в эксплуатационных условиях недопустимо.

 

Положение центра тяжести по высоте (величина Zg) также не может быть произвольным, его выбирают таким, чтобы оно отвечало требованиям обеспечения остойчивости.

 

Разность между массой судна с полным грузом и массой порожнего судна носит название дедвейта судна. Это вес всех переменных грузов. Таким образом, в дедвейт судна входят массы команды и пассажиров с багажом, провизии, расходных материалов, судовых запасов, полезного груза в трюмах судна и постоянного водяного балласта (если таковой предусматривается). Массы всех грузов и пассажиров с багажом, перевозка которых является назначением судна, составляет полезную, или чистую, грузоподъемность судна.

Для определения  координат  ЦТ  однородного генерального или насыпного груза в грузовых помещениях  (трюмах и твиндеках) служит чертеж размещения грузов на судне, представляющий собой продольный разрез судна, вычерчиваемый в искаженном (сжатом

по длине) масштабе.

                            

                                                        Рис.1.9

 

 

. На каждом грузовом помещении, изображенном на этом чертеже (рис.1.9), наносят кривую с двумя шкалами - шкалой объемов генерального груза в данном помещении при данном уровне его заполнения и шкалой аппликат его ЦТ. Кроме того, в нижней части чертежа наносят горизонтальную шкалу, позволяющую определить абсциссу ЦТ груза.