4. 7. Качка судна

7.1. Основные понятия

Теория качки изучает колебательные движения судна, которые оно совершает как твердое тело, плавающее на поверхности воды. Как всякое свободное тело, плавающее судно имеет шесть степеней свободы и может совершать столько же видов движе­ния – три поступательных вдоль взаимно перпендикулярных осей и три вращательных относительно тех же осей. Из этих движений любые смещения и вращение в горизонтальной плоскости не приводят к появлению восстанавливающих сил, и по отношению к ним судно находится в безразличном состоянии равновесия. В отношении же вертикальных перемещений и вращений относительно горизонтальных осей равновесие судна устойчиво. Поэтому на тихой воде судно может совершать три вида качки, называемых основными видами:

• вертикальную – поступательные колебания вдоль вертикальной оси;

• килевую – вращательные колебания около поперечной оси_;

• бортовую – вращательные колебания около продольной оси.

При плавании на волнении благодаря появлению периодических возмущающих сил в общем случае судно может иметь шесть видов качки – три основных, указанных выше, и три дополнительных:

• продольно-поступательную – колебания вдоль продольной оси;

• поперечно-поступательную – колебания вдоль поперечной оси;

• рыскание — вращательные колебания около вертикальной оси.

В частных случаях, которые будут ясны из дальнейшего, судно может совершать не все виды качки, а лишь некоторые из них. Совокупности видов качки, вызывающих движение только в про­дольной плоскости (например, вертикальной и килевой) или только в поперечной плоскости (вертикальной и бортовой), называются соответственно продольной и поперечной качкой.

Качка характеризуется следующими основными параметрами:

амплитуда качки – наибольшее отклонение (линейное или угловое) от положения равновесия;

размах – расстояние между крайними отклонениями, т. е. удвоенная амплитуда;

период качки — время в секундах одного полного колебания;

частота в герцах — число колебаний за 1 с;

круговая (угловая) частота — число колебаний за секунд.

Практический интерес изучения качки судна связан с учетом целого ряда вредных последствий, вызываемых ею, и принятием мер, предотвращающих или снижающих их.

Последствия, которые может вызвать качка, разнообразны по своему характеру и степени опасности. Главнейшие из них состоят в следующем:

опрокидывание судна при переходе параметров качки за некоторый предел, определяющий устойчивость колебаний около прямого положения судна;

перелом корпуса судна, вызванный чрезмерными дополнительными нагрузками при качке;

заливание палубы при зарывании корпуса под поверхность волн, могущее нарушить непроницаемость закрытий и создать угрозу затопления;

смещение сыпучих и недостаточно закрепленных грузов вследствие наклонений и сил инерции;

деформация корпуса от ударов оконечности о воду при продольной качке (явление слеминга);

потеря скорости хода из-за возрастания сопротивления и ухудшения работы движителя;

физиологическое воздействие на экипаж и пассажиров.

Из сказанного следует, что качка судна оказывает влияние на его главнейшие мореходные качества и поэтому является узловой проблемой при изучении поведения судна в море.