11. Принципы умерения качки судна. Устройство, настройка и эффективность успокоителей качки различного типа

Качка различных видов является причиной различных негатив­ных явлений при эксплуатации судна в условиях шторма. Умерение качки судна использованием различных судоводительских приемов (изменением скорости, курсового угла, посадки судна и его управлением) в ряде случаев не может обеспечить желаемых или требуемых параметров качки, поэтому судостроители в этих случаях устанавливают на судах успокоители качки (УК). УК по принципу работы могут быть разделены на пассивные и актив­ные, которые требуют в процессе их использования вмешательства человека или непрерывного управления или управления специальными системами.

По принципу работы УК можно разделить на УК, воздействую­щие на амплитуды качки путем создания дополнительного демпфирую­щего момента, как это происходит у скуловых килей, и на УК, ко­торые изменяют частотные свойства судна как колебательной сис­темы, что реализуется пассивными и активными успокоительными цистернами. Бортовые управляемые рули являются активными УК, изменяющими демпфирующий момент, а носовые крылья для умерения продольной качки являются пассивными успокоителями аналогичны­ми скуловым килям.

Скуловые кили представляют собой приваренные вдоль судна сплошные или перфорированные полосы (полособульб) суммарной площадью 3-6 % от площади КВЛ. В режиме резонанса (_к = _) скуловые кили позволяют уменьшить амплитуды качки на 25-50%, а на регулярном волнении - на 20-25%. Скуловые кили подвержены обрыву в ледовых условиях и несколько ухудшают ходкость судна на тихой воде.

Пассивные цистерны представляют собой бортовые цистерны, частично заполненные водой и соединенные поперечным каналом. При определенном сочетании уровня их заполнения и размеров сечения соединительного канала масса воды в цистерне представляет само­стоятельную колебательную систему, которая имеет собственную частоту колебаний, отличную от собственной частоты судна на бор­товой качке. Таким образом, судно вместе с цистерной имеет уже другую собственную частоту ( n_ =2 /_ ), а следовательно, его резонанс оказывается смещен относительно максимума спектра вол­нения и в штормовых условиях не реализуется.

Цистерны бывают нескольких видов. Цистерны Фрама 1-го рода настраивают в резонанс с часто­той свободных колебаний судна _ , умерение бортовой качки (на 15-20%) осуществляется за счет уменьшения остойчивости суд­на из-за влияния свободной поверхности жидкости в цистерне и за счет создания демпфирующего момента, вызванного сопротивлением соединительного канала. Если разница между частотой свободных ко­лебаний судна с учетом цистерн и частотой максимума спектра уг­лов волнового склона волнения более 30%, то цистерны Фрама 1-го ро­да следует отключить. Пассивные цистерны Фрама 2-го рода вместо соединительного канала сообщаются с забортной водой. Масса учас­твующей жидкости уменьшается на 30%. Они требуют дополнительно­го расхода топлива, поскольку рассеивают энергию, приобретенную ими при движении судна.

Цистерны типа "Флюм" со свободной поверхностью в соедини­тельном канале, представляющем собой поперечную щель в корпусе, регулируются уровнем заполнения цистерн водой и имеют близ­кие показатели с цистернами Фрама 1-го рода.

Цистерны, основанные на уменьшении начальной остойчивости применяют на судах, у которых нарушается равенство собственной частоты и частоты максимума спектра углов волнового склона вол­нения. Собственная частота такой цистерны должна превышать соб­ственную частоту бортовой качки судна примерно вдвое. Конструк­тивно они выполняются многоярусными, сообщающимися с забортной водой и т.д. При углах крена более 5° свободная поверхность рез­ко сокращается, и остойчивость судна остается достаточной, а диаг­рамма статической остойчивости имеет S -образный характер.

Бортовые руля выполняются неубирающимися или убирающимися внутрь корпуса, поворачивающимися вокруг собственной оси для регулировки угла атаки и соответственно демпфирующего и стабили­зирующего момента. Некоторые рули могут иметь поворотный закры­лок. Для управления используется САУ. Их отличает высокая эффек­тивность и высокая стоимость.