Крен обозначение. Определение угла крена и деферента используя формулы. Изменение остойчивости судна при перемещении груза по вертикали

Подводная часть судна или от англ. kren-gen - класть судно на бок) - поворот объекта (судна , самолёта , фундамента) вокруг его продольной оси (см. также продольная ось самолёта ).

Поворот судна вокруг продольной оси на 180 градусов называется оверкиль или, в просторечии, вверх дном.

Языковые особенности

В английском языке существует пять разных слов для обозначения крена:

самолеты:

• Roll - собственно крен
• Bank - угол Эйлера , соответствующий крену

• List - статический крен, вызванный, например, неравномерностью распределения груза
• Heel - временный статический крен, вызванный, например, сильным боковым ветром
• Loll - угол установившегося крена у судна с отрицательной начальной остойчивостью

См. также

Напишите отзыв о статье "Крен"

Ссылки

Отрывок, характеризующий Крен

– Извините меня, ваше превосходительство, – начал он (Пьер был хорошо знаком с этим сенатором, но считал здесь необходимым обращаться к нему официально), – хотя я не согласен с господином… (Пьер запнулся. Ему хотелось сказать mon tres honorable preopinant), [мой многоуважаемый оппонент,] – с господином… que je n"ai pas L"honneur de connaitre; [которого я не имею чести знать] но я полагаю, что сословие дворянства, кроме выражения своего сочувствия и восторга, призвано также для того, чтобы и обсудить те меры, которыми мы можем помочь отечеству. Я полагаю, – говорил он, воодушевляясь, – что государь был бы сам недоволен, ежели бы он нашел в нас только владельцев мужиков, которых мы отдаем ему, и… chair a canon [мясо для пушек], которую мы из себя делаем, но не нашел бы в нас со… со… совета.
Многие поотошли от кружка, заметив презрительную улыбку сенатора и то, что Пьер говорит вольно; только Илья Андреич был доволен речью Пьера, как он был доволен речью моряка, сенатора и вообще всегда тою речью, которую он последнею слышал.
– Я полагаю, что прежде чем обсуждать эти вопросы, – продолжал Пьер, – мы должны спросить у государя, почтительнейше просить его величество коммюникировать нам, сколько у нас войска, в каком положении находятся наши войска и армии, и тогда…
Но Пьер не успел договорить этих слов, как с трех сторон вдруг напали на него. Сильнее всех напал на него давно знакомый ему, всегда хорошо расположенный к нему игрок в бостон, Степан Степанович Апраксин. Степан Степанович был в мундире, и, от мундира ли, или от других причин, Пьер увидал перед собой совсем другого человека. Степан Степанович, с вдруг проявившейся старческой злобой на лице, закричал на Пьера:
– Во первых, доложу вам, что мы не имеем права спрашивать об этом государя, а во вторых, ежели было бы такое право у российского дворянства, то государь не может нам ответить. Войска движутся сообразно с движениями неприятеля – войска убывают и прибывают…

Как мы уже говорили раньше – угол наклона (тангаж) изменяет как вертикальную скорость самолёта, так и его воздушную скорость . Угол крена так же существенно влияет на эти характеристики. Всё дело в том, что во время полёта создаваемая крыльями самолёта подъёмная сила численно равна весу самолёта и практически не меняется. Вектор подъёмной силы всегда направлен перпендикулярно аэродинамической плоскости (крылу), т.е. – практически вверх, при этом подъёмная сила чётко противолежит (и компенсирует силу гравитации – как показано на верхнем рисунке). Если же у самолёта создаётся крен в какую-либо сторону, вектор подъёмной силы так же отклоняется от своего вертикального положения, т.е. уже не вся подъёмная сила идёт на борьбу с гравитацией , и появляется некий горизонтальный её компонент. Из-за этого горизонтального компонента подъёмной силы самолёт начинает снижаться (гравитация теперь больше) и уходить в сторону (в сторону крена, т.к. Вектор общей подъёмной силы тянет самолёт теперь в эту сторону). Понятно, что чем больше угол крена , тем больше будет этот горизонтальный компонент подъёмной силы , и, следовательно – меньше вертикальный её компонент – в таком случае самолёт будет быстрее терять высоту (нижний рисунок).

Следствием этого является тот факт, что все самолёты при разворотах теряют высоту! Однако все самолёты сконструированы таким образом, чтобы при потере подъёмной силы самим пытаться восстановить статус кво . Но как? Ведь есть только два способа – угол атаки и скорость . Управление углом атаки – у пилота в руках. А вот скорость ? Именно за счёт скорости самолёт сам попытается возместить недостаток подъёмной силы – поэтому в развороте он всегда будет пытаться завалить нос вниз и разогнаться. Пилот может позволить ему сделать это, а может и не позволить (но тогда ему придётся добавить газу, чтобы оставаться на одной и той же высоте и той же скорости, либо пилоту самому придётся во время разворота потянуть на себя штурвал (или ручку управления) – что бы увеличить угол атаки , тем самым опять же скомпенсировав недостаток подъёмной силы ). Однако большие углы атаки очень сильно увеличивают сопротивление , что при развороте сказывается на потере скорости . Способность самолёта восполнять данную потерю высоты , однако, имеет свои пределы. Помните, что, увеличивая угол атаки, вы, как правило, увеличиваете динамическую нагрузку? А это, в свою очередь, увеличивает вес самолёта , что очень сильно сказывается на скорости свала его крыла. Следовательно, в момент повышения динамической нагрузки наше крыло свалится на куда более высоких скоростях, чем при прямолинейном полёте.

Короче, чем больше крен, тем при меньшем угле атаки произойдёт свал. Этот эффект носит название перегрузочный свал , и он намного сложнее и опаснее обычного, хотя бы потому, что в него попадают в развороте при крене. Чем выше крен – тем легче свалиться. Отсюда правило: не летать с большими кренами на маленьких высотах и уже тем более – на маленьких скоростях

Воздушная скорость

Скорость – это жизнь . Вам придётся это запомнить. Без перемещения вперёд сквозь воздух любое крыло начнёт просто камнем падать вниз. А чем быстрее мы летим – более стабильным и более управляемым будет наш купол . Более того – чем быстрее мы летим – больше подъёмной силы мы создаём, и можем делать с этой силой что угодно – перевести её в высоту , в скорость , в сопротивление – хорошо, когда её много. Крыло – ничто без скорости (хотя парашюты, как раз, всё же могут иногда без неё обойтись).

Нельзя не сказать, что большая скорость имеет и свои неоспоримые недостатки, основным из которых является ограниченный технический ресурс. Более того, быстрые перемещения высоко в небе и на уровне земли – разные вещи. Развитие парашютов в последние несколько лет привело к увеличению их скорости в четыре-пять раз! С одной стороны, это позволяет нам здорово увеличить выбор площадок, на которых мы можем попытаться сесть. Но вот с другой стороны, у нас теперь в руках настоящий летательный аппарат, достаточно сложный и опасный, требующий от пилота (да-да, именно пилота!) Купола достаточно больших знаний и умений, чтобы безопасно его приземлить. Скорость требует от нас быстрых и правильных действий, и с этим нужно смириться.

В зависимости от размера купола и режима полёта, современные парашюты могут передвигаться по воздуху со скоростью от 0 до 160 км/ч. Но обычно, средняя скорость перемещения (т.е. не на разгоне) – редко, когда превышает 100 км/ч. По сравнению с современными самолётами (в 2-3 раза превышающими скорость звука), мы – черепахи в небе. Мы существенно ограничены по скорости, поэтому куда нам нужно попасть – является основным критерием в выборе нашей скорости. Хотя мы являемся пилотами летательных аппаратов с самыми минимальными воздушными скоростями – именно поэтому у нас нет колёс, а вместо них –ноги.

Самое интересное для меня, знакомого практически со всеми производителями современных куполов мира – каким образом мы достигли таких серьёзных и впечатляющих результатов. По правде говоря, мы – вроде как хиппи, как артисты, честно. Мы берём кусочек нейлоновой ткани, пару крепких верёвок, и с помощью швейной машины превращаем это в признанный всеми летательный аппарат. Зачем же тогда вся эта яркая команда продвинутых умных голов сделала так, чтобы их летательный аппарат обладал практически нулевой скоростью свала? Всё очень просто – общий вес системы – очень маленький. Чем больше вес аппарата –тем сложнее ему перемещаться –это правило номер один всех транспортников. (именно поэтому у птиц такой лёгкий скелет – им не нужны сильные кости). Благодаря околонулевым скоростным режимам мы и имеем возможность управлять этими летательными аппаратами без особой подготовки и без необходимости заканчивать институт, как это делают пилоты самолётов.

Полёт на скоростях менее 200 км/ч даёт нам много преимуществ. Во-первых – сопротивление . Именно оно отбирает у нас уйму энергии и препятствует нашему перемещению вперёд. Но оно очень сильно возрастает с увеличением скорости – говоря другими словами – чем выше скорость летательного аппарата, тем больше имеет значение его форма. Уродливая, с точки зрения аэродинамики, форма будет работать только на очень небольших скоростях. Хорошим примером будет наблюдение за развитием формы самолётов с увеличением скоростей, на которых они летали. Дело в том, что данная аксиома позволяет нашему телу спокойно болтаться хоть параллельно, хоть перпендикулярно набегающему потоку – при этом, никак существенно не влияя на расход энергии на сопротивление. Более продвинутые в аэродинамическом смысле купола могут спокойно планировать по очень пологой глиссаде, не смотря на большую загрузку крыла – как раз именно из-за того, что конструктор сделал так, что общее сопротивление было крайне малым. И, кончено же, как вы и подозреваете, эти купола пытаются лететь на очень высокой скорости, но об этом чуть позже.

Воздушная скорость, совместно с углом атаки, и определяет, куда двигается купол. При положительном угле атаки, чем быстрее двигается купол –тем больше подъёмной силы он создаёт. Чтобы управлять этой накапливаемой в вашем летательном аппарате силой, вам нужно изначально определиться с его формой – да-да, именно форма купола и будет тем решающим фактором, который определит поведение на всех режимах его работы. Хотя, конечно же, вся система не может слаженно работать, если хотя бы один компонент нерабочий. Как мы уже говорили, полёт – это совместные усилия многих факторов. Ни один аспект этой системы в одиночестве не сможет обеспечить этот самый полёт. Это важно никогда не забывать, не упуская из внимания ни одной, казалось бы, мелочи, т.к. Именно её и может не хватить.

Одним из основных качеств, определяющих мореходность судна, является его остойчивость. Хорошая остойчивость яхты – это, прежде всего, гарантия в условиях сильного волнения. А также от остойчивости зависит площадь устанавливаемого на судне , отчего во многом зависят и его скоростные показатели. Сам же термин «остойчивость» означает способность судна противостоять крену. В данной статье остановимся подробнее именно на этом явлении – крене судна.

Причины крена судна

В морской дисциплине определяется как отклонение диаметральной плоскости корпуса от вертикали, условно проведённой к водной поверхности. Если выражаться более просто и доходчиво, то крен – это любое отклонение условной плоскости корпуса от горизонтального положения. Причин для этого может быть несколько:

• Воздействие волнения на корпус судна, когда под ударами набегающих волн судно начинает раскачиваться и крениться на бок.
• Действие ветра на паруса яхты. Резкие порывы крепкого ветра способны привести к образованию довольно большого крена, часто вызывающего опрокидывание парусника.
• Неправильное расположение груза в трюме судна либо срыв его с креплений во время качки.
• Действие центробежных сил при заходе яхты в крутой поворот.

Угол крена судна измеряется в градусах, показывающих степень отклонения горизонтального положения его корпуса от условного горизонта морской поверхности. Кроме этого, определение крена судна возможно и по разнице осадки правого и левого борта. Если осадка левого борта больше, то такое положение корпуса называется «крен на левый борт ». Когда же осадка судна больше на правый борт, то ситуация определяется как «крен на правый борт».

Виды крена судна

В зависимости от причин, вызывающих , он может быть нескольких типов. К ним относят нижеперечисленные виды.

Динамический

Самый распространённый из всех видов крена, с которым приходится сталкиваться любому яхтсмену при выходе в открытое море. Возникает под действием неких внешних кратковременных сил. Обычно такими силами являются резкие порывы ветра или удары волны в борт. Динамический крен в силу короткого момента своего возникновения, редко требует вмешательства яхтсмена. Если быть точнее, то экипаж чаще всего просто не успевает предпринять какие-либо конкретные действия по ликвидации возникшего динамического крена.

В результате судно либо самостоятельно выравнивается, благодаря заложенной в его конструкции запаса остойчивости, либо ложится на бок. Способность судна сопротивляться кратковременному динамическому крену и определяет характеристики его остойчивости. При возникновении крена яхты под действием внешней силы, сразу же возникают противоположно направленные уравнивающие силы, стремящиеся привести судно в первоначальное положение.

Статический

Статическим называют , возникший под действием некоторой статической, то есть неизменной по своей величине, силы. Причиной статического крена является смещение центра тяжести судна на корму/нос или на один из бортов. К этому обычно приводит неправильная центровка груза или его смещение в результате обрыва креплений. Кроме того, причиной статического крена судна может стать поступление воды внутрь корпуса в результате полученной пробоины. В данной ситуации судно находится в накрененном положении даже в отсутствии внешнего воздействия в виде волн или ветра. Статический крен определяется как отрицательная начальная остойчивость судна, что при дополнительном воздействии внешних сил с большой долей вероятности может привести к его перевороту.

Продольный

Продольным креном , или дифферентом, судна называется дисбаланс осадки его кормы и носа. Когда осадка кормы больше осадки носа – это дифферент на корму, если же, наоборот, то дифферент на нос. Продольный крен судна оказывает значительное влияние на мореходные качества яхты. Для небольших яхт, с длиной корпуса менее 10 м, максимально допустимым дифферентом считается разница в осадке в 5 см. Больший показатель осадки кормы уменьшает скорость лодки, так как излишне погружённая корма увеличивает силу сопротивления водной массы движению.

Продольный крен увеличивает курсовую устойчивость движущегося судна. В связи с этим яхта хуже слушается руля при необходимости изменить курс. Кроме того, дифферент на корму приводит к тому, что лодка получает склонность уваливания под ветер. У лодок, основным типом движения которых является глиссирование, дифферент на корму затрудняет их выход на устойчивую глиссаду. Наблюдается так называемый эффект «дельфинирования», когда нос судна периодически забрасывается вверх с последующим нырянием вниз.

Продольный с дифферентом на нос также приводит к значительному снижению скорости из-за «зарывания» носа в волны, что увеличивает лобовое сопротивление при движении. Яхта, имеющая дифферент на нос, становится рыскливой, чрезмерно «отзывчивой» на малейшее изменение положения руля, хуже держит курс. Особенно явственно это проявляется при движении под углом к волне. Увеличение лобового сопротивления воды у глиссирующих лодок также вызывает проблемы с выходом на глиссаду из-за снижения скорости. Избежать всех перечисленных проблем можно путём правильного размещения груза или балласта внутри корпуса.

Циркуляционный

Циркуляционным креном называется крен, возникающий при вхождении судна в поворот. Величина циркуляционного крена зависит от , на которой судно совершает манёвр, и от радиуса кривизны поворота. Водоизмещающие судна при заходе в поворот кренятся во внешнюю сторону. Глиссирующие же лодки, вследствие динамических особенностей своего движения, накреняются, наоборот, вовнутрь поворотного радиуса.

Слишком резкая перекладка руля на судах с малой остойчивостью может привести к опрокидыванию судна. Кроме того, пассажиры и члены экипажа, не подготовленные к манёвру, могут оказаться из-за внезапного крена. Поэтому перед заходом в поворот, рулевому следует предусмотреть опасность опрокидывания яхты, а также предупредить находящихся на борту людей о предстоящем манёвре.

Предотвращение крена судна

Как видим, крен является довольно неприятным явлением, способным привести к довольно серьёзным последствиям – выпадению людей за борт, или даже перевороту судна. К слову, переворот возможен не только на борт. В морской истории отмечались случаи переворота судов на полном ходу через нос – как предполагается, именно так погиб знаменитый клипер «Ариэль», победитель «Чайной гонки-1866».

Для предотвращения крена и борьбы с ним, на больших судах устанавливают целые системы выравнивания. В их состав входят водяные цистерны, насосы и баллоны со сжатым воздухом, кингстоны и так далее. Подобные «антикреновые» системы являются частью общей корабельной системы борьбы за живучесть, и позволяют нивелировать возникающие крены и дифференты.

Определение угла крена осуществляется особым прибором – кренометром. Он устанавливается на мостике корабля или в ходовой рубке яхты. Обычно бывает двух видов:

• Отвес, закреплённый на секторе с делениями-градусами.
• Жидкостные, основанные на перемещении пузырька воздуха внутри жидкости.

Сопротивление крену, увеличение его критических показаний, является основной задачей конструкторов судов. Сегодня ко многим серийным яхтам, в числе прочих технических требований, предъявляются нормативы остойчивости. У крейсерских яхт подобный показатель составляет порядка 110-115 о. Если вы владеете яхтой, но не знаете её возможности по сопротивлению опрокидыванию, то рекомендуется провести экспериментальное кренование. Лодку, находящуюся у берега, искусственно накреняют до момента её заваливания на бок. Таким образом, получают данные о возможностях яхты сопротивляться крену различной величины.

При наклонении изменяется форма подводного объема - из воды выходит клиновой объем WFWΘ, а клиновой объем LFLΘ входит в воду.

В результате при наклонении судна до ватерлинии WΘLΘ, соответствующей наклоненному положению судна с креном в, форма подводного объема изменяется и центр величины судна находится уже не в точке С, соответствующей прямому положению судна, а в точке СΘ.

Так как центр тяжести судна G при наклонении не изменяет положения, между силой веса и силой плавучести судна появляется плечо 1в, называемое плечом статической остойчивости.

В этом случае силы плавучести образуют с силами веса восстанавливающий момент MΘ, который препятствует опрокидыванию судна и с прекращением действия кренящего момента возвращает судно в первоначальное положение равновесия - к ватерлинии WL.

Восстанавливающий момент равен произведению плеча остойчивости для данного угла крена на водоизмещение судна: MΘ = lΘ - Δ, kH м

Где: MΘ -восстанавливающий момент при угле крена Θ,

gH - м lΘ – плечо статической остойчивости при угле крена Θ, м;

Δ, - водоизмещение судна kH Начальная остойчивость судна.

Независимо от характера кривой, по которой перемещается центр величины судна С при наклонениях, мы можем любой малый участок этой кривой принять за дугу окружности. Рассматривая начальный участок кривой при отклонении судна из прямого положения и принимая этот участок за дугу окружности, можно считать, что при малых углах крена центр этой окружности находится на пересечении направления действия силы поддержания с диаметральной плоскостью;

этот центр - точка пг - называется поперечным метацентром.

Радиус окружности, по которой движется центр величины, называется поперечным метацентрическим радиусом г. Остойчивость судна в пределах, в которых действуют приведенные выше допущения, называется начальной поперечной остойчивостью судна.

Для элементов начальной поперечной остойчивости судна здесь и далее приняты следующие обозначения:

zg - возвышение центра тяжести над основной плоскостью, м;

zc - возвышение центра величины над основной плоскостью, м;

zm - возвышение начального поперечного метацентра над основной плоскостью, м;

r - начальный поперечный метацентрический радиус, м;

h - возвышение начального поперечного метацентра над центром тяжести (начальная поперечная метацентрическая высота), м;

a = zg - 2C - возвышение центра тяжести судна над центром величины, м.

В теории корабля доказывается, что величина поперечного метацентрического радиуса г зависит от поперечного момента инерции площади ватерлинии: r = lx: - (1.5) где lx – поперечный момент инерции площади ватерлинии. Величина поперечной метацентрической высоты h = r - a = r + zc - zg, м. (1.6) Для начальной остойчивости lΘ = h sin Θ, м; МΘ = Δh sin Θ, м (1.7) МΘ = ΔhΘ, кН м. (1.8). Учитывая, что для малых углов крена sin Θ =Θ (здесьΘ- в рад),Формулы 1.7 и 1.8 называются метацентрическими формулами остойчивости судна, так как они основаны на допущении, что при равнообъемных наклонениях центр величины движется по окружности с центром в метацентре т, т. е. что метацентр в пределах этих наклонений не смещается.

Произведение h называется коэффициентом поперечной остойчивости судна. Условия равновесия судна при действии на него кренящего момента можно записать в виде равенства Мкр = МΘ, кН м Отсюда угол крена, соответствующий равновесию судна при действии на него кренящего момента Мкр Θ = Мкр: Δh, рад. (1.9)

Приняв в равенстве 1.9 угол крена 6= 1°= 1/57,3 рад, получим момент, кренящий судно на 1°: М1о = - : 57,3 , кН м/град (1.10) Зная момент, кренящий судно на 1°, можно быстро определить крен судна в градусах под действием заданного кренящего момента: Θ = Мкр: М1о, град. (1.11)

Метацентрическую формулу остойчивости применяют при углах крена до 12 - 15 градусов, если при этих наклонениях форма входящих в воду клиновых объемов не отличается резко от формы выходящих из воды клиновых объемов корпуса судна, т. е. если не входит в воду открытая палуба или не выходит из воды скула судна (что происходит обычно при наклонении низкобортных судов).

Предыдущая статья: Где взять кредит по паспорту (без справок о доходах) Экспресс кредит наличными без справок Следующая статья: Стандарты обслуживания клиентов 104 ua внесение показаний счетчика