При проектировании судна производится расчет его начальной остойчивости для типовых случаев нагрузки. Фактическая остойчивость построенного судна отличается от расчетной за счет погрешностей расчета и отклонений от проекта, допущенных при постройке. Поэтому на судах производят опытное определение начальной остойчивости – кренование, с последующим расчетом положения ЦТ судна.

Кренованию должны подвергаться:

- суда серийной постройки (первое, а затем каждое пятое судно серии);

- каждое новое судно несерийной постройки;

- каждое судно после восстановительного ремонта;

- суда после значительного ремонта, переоборудования или модернизации (при изменении порожнего водоизмещения более чем на 2%, изменения нагрузки более чем на 6% и др.);

- суда после укладки постоянного твердого балласта, если изменение центра тяжести нельзя достаточно точно определить расчетным путем;

- суда, остойчивость которых неизвестна или должна быть проверена;

- пассажирские суда, находящиеся в эксплуатации, через промежутки времени, не превышающие пяти лет;

- рыболовные суда длиной 30 м и менее, находящиеся в эксплуатации, через промежутки времени не более 15 лет, а также рыболовные суда длиной более 30 м после 10 лет эксплуатации или последнего кренования .

Кренование проводится в присутствии инспектора Регистра в соответствии со специальной “Инструкцией по кренованию судов Регистра”.

Сущность кренования заключается в следующем: кренование производится на основании равенства m_кр = m_Θ, определяющего положение равновесия судна с креном Θ⁰. Кренящий момент создается перемещением грузов (кренбалласта) по ширине судна на расстояние l_y; в пределах малых наклонений судна: m _кр = m l_y.

Тогда из равенства

m l_y = ρV h Θ⁰ /57,3⁰

находят, что                       h = 57,3⁰ m l_y /ρVΘ⁰.

Возвышение ЦТ судна над основной плоскостью z_g и абсцисса ЦТ x_g определяются из выражений:

z_g  = z_c + r – h и x_g = x_c.

Величины z_c, r и x_c, в случае отсутствия или малости дифферента, определяются с помощью кривых элементов теоретического чертежа по значению водоизмещения V. При наличии дифферента эти величины должны определяться специальным расчетом. Водоизмещение V находится по масштабу Бонжана на основании замера осадок судна носом и кормой по маркам углубления. Плотность забортной воды определяется с помощью ареометра.

Массой кренбалласта m и плечом переноса l_y  задаются, величину угла крена Θ⁰ замеряют.

Перед кренованием нагрузка судна должна быть максимально близкой к его водоизмещению порожнем (98 ¸ 104%). Метацентрическая высота судна должна быть не менее 0,2 м. Для достижения этого допускается прием балласта.

Предметы снабжения и запасные части должны находиться на своих штатных местах, грузы должны быть закреплены, а цистерны для воды, топлива, масла - осушены. Балластные цистерны в случае их заполнения должны быть запрессованы.

Кренбалласт укладывается на открытой палубе судна на обоих бортах на специальных стеллажах несколькими рядами относительно ДП. Масса переносимого поперек судна кренбалласта должна обеспечивать угол крена около 3⁰.

Для замера углов крена подготавливают специальные вески (длиной не менее 3 метров) или инклинографы. Использования для замера углов судовых кренометров недопустимо, так как они дают значительную погрешность.

Кренование проводится в тихую погоду при крене судна не более 0,5⁰. Глубина акватории должна исключать касание грунта или нахождение части корпуса в илистом грунте. Судно должно иметь возможность свободно накреняться, для чего следует предусмотреть слабину швартовов и исключить касание судна стенки или корпуса другого судна.

Опыт заключается в выполняемых по команде переносах кренбалласта с борта на борт и замерах угла крена перед началом и после переноса.

Определение начальной остойчивости по периоду бортовой качки производится на основе известной «капитанской» формулы:

,

где τ_Θ – период собственных бортовых колебаний судна;

С_Θ – инерционный коэффициент;

В – ширина судна.

Определение периода бортовой качки судна рекомендуется производить при каждом опыте кренования, а для судов водоизмещением менее 300 т его определение является обязательным. Средством для определения τ_Θ является инклинограф или секундомеры (не менее трех наблюдающих).

Раскачивание судна осуществляется согласованными перебежками экипажа с борта на борт в такт колебаниям судна до наклонения судна на 5 ¸ 8⁰ .

Капитанская формула позволяет при любом состоянии нагрузки судна приближенно определить метацентрическую высоту при нахождении его на волнении. При этом надо помнить, что для одного и того же судна величина инерционного коэффициента С_Θ не одинакова, она зависит от его загрузки и размещения грузов. Как правило, инерционный коэффициент у порожнего судна больше, чем у загруженного.

Центр тяжести (ЦТ) и центр величины (ЦВ) судна лежат на одной вертикали, перпендикулярной к плоскости ватерлинии (рис.4.1);

(xс - xg) + (zc – zg) tg Y = 0;

(yс - yg) + (zc – zg) tg Q = 0,

где xс, yс и zc – координаты центра величины судна;

   xg ,yg и zg – координаты центра тяжести судна.

Если судно сидит прямо и на ровный киль (Y = Q = 0), то уравнение принимает вид:

xg = xс; yg = yс.

В практических расчетах судна, плавающего с дифферентом, часто пренебрегают величиной (zc – zg) tg Y по сравнению с xс, т.е. полагают, что xс ≈ xg. Принятое допущение дает незначительную ошибку при определении элементов плавучести судна.

Таблица 1 Порядок переноса крен-балласта при проведении опыта кренования

Положение груза  до креновanия		Грузы располагать  симметрично относи­тельно ДП
Наблюдение № 1		Груз № 2 перенести на  правый борт
Наблюдение № 2		Груз № 4 перенести  на правый борт
Наблюдение № 3		Груз № 1 перенести  на левый борт
Наблюдение № 4		Груз № 3 перенести на левый борт
Наблюдение № 5		Груз № 2 перенести на левый борт
Наблюдение № 6		Груз № 4 перенести на левый борт
Наблюдение № 7		Грузы № 1 и 2 пере­нести на правый борт
Наблюдение № 8		Грузы № 3, 4 пере­нести на правый борт
Наблюдение № 9		Грузы № 1, 2, 3, 4 перенести на левый борт
Наблюдение № 10		Грузы № 1, 2, 3, 4 пе­ренести  на правый борт
Наблюдение № 11		Грузы № 2, 4 перенести на левый борт

Методика выполнения работы и оформление результатов

На одной из моделей судов выполнить опыт кренования и рассчитать водоизмещение и координаты центра тяжести модели порожнем с оценкой погрешностей и качества опыта.

Порядок перемещения груза может быть произвольным или таким, как приведено ниже.

Исходные данные:

- тип судна, размеры ( L, В, d) при плавании в полном грузу;

- вес порожней модели Δ_n.м (все исходные данные содержатся в паспорте модели);

- масса каждого из 4-х крен-балластов;

- величины 4-х плеч на которые перемещают крен-балласт.

Последовательность работы:

1. Подлежащая испытаниям модель судна с достаточной точностью взвешивается на весах.

2. Модель судна помещается в ванну с водой.

3. На палубе модели наносят 8 точек расположения крен-балласта и замеряют расстояния между ними..

4. Замеряется масса каждого из 4-х крен-балластов.

5. Путем перемещения крен-балластов поперек судна создаем кренящие моменты (m l_y).  Порядок перемещения груза может быть произвольным или таким, как приведено в таблице 1.

6. Замеряем угол крена, который создает каждый кренящий момент.

7. Рассчитываем значения h = 57,3⁰ m l_y /ρVΘ⁰ , и определяем координаты  x_g , y_g , z_g ЦТ модели используя информация из паспорта модели.

8. Модель судна разгрузить до начального водоизмещения.

Рекомендации по обработке и оформлению полученных результатов:

Отчет должен содержать:

- задание на работу;

- необходимые теоретические сведения;

- данные о прямых измерениях необходимых величин и их погреш­ностях;

- данные о значениях снятые с информация из паспорта модели;

- протокол производства опыта кренования (см. таб. 1);

-  расчеты с составлением таблиц, графиков.

Вопросы для самоконтроля и защиты работы

1. Условия плавучести (два условия).

2. Для чего необходимо знать координаты центров тяжести порожнего судна (модели)?

3. Дайте определение остойчивости судна.

4. Что такое начальная остойчивость судна, вывод метацентрической формулы начальной остойчивости с рисунком.

5. Каким условиям должно соответствовать судно подвергаемое кренованию?

6. Как измеряется угол крена в опыте кренования?

7. Чем создают кренящий момент и на какой угол наклоняют судно в опыте кренования?

8. В каких случаях проводят кренование на судах?

9. Расскажите как определялись координаты ЦТ в лабораторной работе.

Литература: [1] §4.1;4.2; 5.1; 5.2; 5.3; 5.4; 5.5; 5.11,

                     [4] стр.109-111.

Лабораторная работа №3