TEORETICKÝ VÝKRES LODNÍHO TĚLESA

Transkript

1 TEORETICKÝ VÝKRES LODNÍHO TĚLESA BOKORYS (neboli NÁRYS) je jeden ze základních pohledů, ze kterého poznáváme tvar kýlu, zádě, zakřivení paluby, atd. Zobrazuje v osové rovině obrys plavidla. Uvnitř obrysu vidíme svislé přímky, znázorňující místa žebrorysek, vodorovné přímky znázorňující místa vodorysek a křivky, což jsou bokorysky, tj. roviny kolé k vodní hladině. Tyto křivky nám slouží ke kontrole plynulosti lodního trupu. VODORYS - (PŮDORYS) je druhý ze tří základních pohledů. Jde o obrys lodě při pohledu shora. Trup je pomyslně rozřezán jednotlivými "řezy" rovnoběžně s hladinou. Značka HVR (hlavní vodoryska)) označuje hladinu. Vzhledem k souměrnosti trupu se kreslí jen jedna polovina trupu. ŽEBRORYS - je třetí ze základních pohledů. Ohraničuje vnější tvar trupu při pohledu zepředu nebo zezadu. Dává nám představu o objemu lodního trupu. Uvnitř výkresu vidíme bokorysné (svislé) přímky, dále vodorysné (vodorovné) přímky. I zde je většinou zobrazována jen polovina trupu a to tak, že levá polovina výkresu znázorňuje žebra od zádi k hlavnímu žebru a pravá polovina žebra od přídi k hlavnímu žebru. Žebra jsou číslována vždy od zádě k přídi a vzdálenosti jednotlivých žeber jsou patrné z bokorysu nebo vodorysu. Teoretický výkres není výkresem stavebním a neudává tedy, že loď bude stavěna s tolika žebry rozmístěnými v uvedených vzdálenostech jako na tomto výkrese. 1

2 ZÁKLADNÍ LVASTNOSTI LODNÍHO TĚLESA plovatelnost stabilita nepotopitelnost PLOVATELNOST. Je schopnost plavidla plout působením vlastního hydrostatického vztlaku (vztlakové síly). Plovatelnost zajišťuje existence vztlakové síly. vztlaková síla Vztlaková síla vzniká jako výslednice hydrostatických sil působících na povrch tělesa v kapalině. Uvažujme těleso tvaru kvádru s podstavou S a výšce h, které je zcela ponořeno v kapalině o hustotě ρ. Podstavy kvádru jsou rovnoběžné s vodorovným povrchem kapaliny. Na všechny stěny kvádru působí kapalina hydrostatickými tlakovými silami. Tlakové síly působící na boční stěny jsou stejně velké a opačného směru, proto se vzájemně ruší. Na horní podstavu v hloubce h 1 působí tlaková síla F 1 = ρsh 1 g, na dolní podstavu v hloubce h 2 tlaková síla F 2 = ρsh 2 g. Výslednice sil F 1 a F 2 je vztlaková síla F vz vzhledem k tomu, že h = h 2 - h 1 kde V = S.h je objem kvádru. součin ρv je hmotnost m kapaliny stejného objemu, jako je objem ponořeného tělesa součin ρvg = mg což je tíha kapaliny vytlačené ponořenou částí tělesa K tomuto poznatku dospěl již ve 3. století př. n. l. Archimédes. 2

3 Archimédův zákon: Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno vztlakovou sílou, jejíž velikost se rovná tíze kapaliny tělesem vytlačené (nebo-li objemu ponořené části tělesa). Důsledkem Archimédova zákona je různé chování těles v kapalině. Označíme V objem ponořeného tělesa, ρ T průměrnou hustotu tělesa a ρ hustotu kapaliny. Pak velikost tíhové síly určíme F G = ρ T Vg a velikost hydrostatické vztlakové síly F vz = ρvg. Porovnáváme-li velikosti těchto sil, může nastat jeden ze tří případů: a/ F G < F vz, ρ T < ρ těleso plove, jestliže hustota tělesa je menší než hustota tekutiny b/ F G > F vz, ρ T > ρ těleso klesá ke dnu, jestliže má větší hustotu než tekutina c/ F G = F vz, ρ T = ρ těleso se vznáší, když hustoty tekutiny a tělesa jsou si rovny. a/ b/ c/ Tyto případy platí i pro ohraničený objem plynu anebo kapaliny. Olej plave na vodě, voda plave na rtuti. V kapalině však plavou také tělesa zhotovená z materiálu o větší hustotě, než je hustota kapaliny. Na tomto poznatku je založena stavba lodí. Vzhledem k velkému vytlačenému objemu vody a menší průměrné hustotě lodi zůstává např. značná část ocelové konstrukce lodi nad hladinou. Loď se nepotopí, protože obsahuje dutiny vyplněné vzduchem, jehož hustota je velmi malá, takže průměrná hustota lodi je menší než hustota vody. VÝTLAK Objemu vody, kterou loď vytlačí, se říká VÝTLAK. U lodí bývá udán v tunách. Loď se potopí tehdy, pokud její hmotnost bude větší, než kolik je schopna vytlačit vody. Pro vyřešení velikosti výtlaku by bylo nejjednodušší, kdyby měl trup lodi tvar obyčejného hranolu. Pak by stačilo vzít jeho šířku, vynásobit délkou a potom ještě ponorem. Ve skutečnosti je tvar trupu složitější, a tak i výpočet je složitější. NOSNOST Charakteristickou veličinou lodí je nosnost. Udává se jako hmotnost přípustného lodního nákladu při plném ponoru lodi. Je to rozdíl mezi výtlakem plně naložené lodi (při T max ) a výtlakem lodi prázdné (při T min ). Hmotnost lodi i s nákladem se nazývá tonáž (uvádí se v tunách). Plná tonáž je dána ponořením lodi po tzv. čáru ponoru. Nosná síla ponorky se reguluje pomocí vodních komor. Plní-li se komory vodou, ponorka se potápí, vytlačuje-li se voda z komor stlačeným vzduchem, ponorka se vynořuje. 3

4 STABILITA Je schopnost plavidla vrátit se do původní rovnovážné polohy, z níž bylo plavidlo vychýleno vnějšími silami, přestanou-li tyto síly působit. STABILITA PŘÍČNÁ Plovoucí těleso působí na kapalinu svou tíhou G soustředěnou v jeho těžišti T G - tíhové těžiště a opačně kapalina působí na těleso vztlakovou silou F vz, rovnající se tíze tělesa, která působí v bodě T V - výtlakové těžiště. Obě síly leží na společné svislici, kterou nazýváme osou plování. O stabilitě plování tělesa rozhoduje poloha metacentra M. M - metacentrum je průsečík vztlakové síly F VZ s osou plování při vychýlení osy plování ze svislé polohy. Loď se při naklánění pootáčí kolem tíhového těžiště T G. Například vlivem zatížení Q působícího mimo osu plavidla. Vzniká klopný moment M K = Q.b. Klopný moment způsobí naklánění lodi o úhel náklonu φ. Výtlakové těžiště se posouvá T V T V o hodnotu h rameno stability. h = k.sin φ, tím vzniká moment stability M S, který působí proti M k. a zabraňuje dalšímu zvýšení náklonu. M s = F vz. h Pokud odstraníme Q, stabilitní moment vrátí loď do původní polohy. k - metacentrická výška je vzdálenost metacentra od tíhového těžiště. Znalost polohy metacentra je u lodí důležitá. Je-li metacentrická výška lodi velká, je loď sice stabilní, avšak do své rovnovážné polohy se při kymácení vrací rychle. Je-li metacentrická výška lodi malá, loď se lépe přizpůsobuje vlnám, avšak je labilnější. Labilními loděmi byly například španělské galeony, které měli na zádi až pět pater ubikací. Uvádí se, že optimální metacentrická výška je kolem 5 % šířky lodi. Stabilita pro malé úhly náklonu do φ = 15, počáteční stabilita V ustálené nakloněné poloze platí vztahy: M K = M s M K = Q.b M s = F vz. h => lze vypočítat úhel náklonu φ pro určitý klopný moment F vz = G+Q h = k.sin φ 4

5 příklad : Stabilita pro velké úhly náklonu od φ = 15 Metacentrum již neleží na původním místě na nakloněné ose plování. Proto již neplatí některé výše uvedené vztahy. Výpočet úhlu náklonu je odborně náročný. V praxi se dá zjistit z diagramu stability (Reedova diagramu). Diagram je sestrojen vždy pro danou loď a daný výtlak. S výtlakem se mění i stabilita. 5

6 Dynamická stabilita Klopný moment nepůsobí klidně, staticky, ale prudce, dynamicky. Například náraz vlny nebo pád břemena na palubu. Loď se nejprve nakloní více, než kdyby klopný moment působil staticky. Řešení dynamické stability bere do úvahy fakt, že plavidlo vychylované z rovnovážné polohy získává pohybovou energii, takže se jeho pohyb nezastaví v bodě, kdy jsou klopný a stabilitní moment v rovnováze. Při výpočtech se porovnává práce vykonaná klopným a vratným momentem. STABILITA PODÉLNÁ V podélném směru jsou lodě většinou výrazně stabilnější než ve směru příčném. Je to dáno tím, že metacentrum vysoko. τ úhel trimu T diferent T= Tp + Tz Tz Tp (hodnota diferentu na přídi + na zádi) τ Vliv na stabilitu má velikost a tvar hlavní vodorysky a tím hodnota J x kvadratický moment plochy vodorysky k ose x procházející těžištěm. Čím větší, tím je loď stabilnější. NEPOTOPITELNOST Je schopnost plavidla setrvat na hladině a nepřevrátit se, jestliže je v trupu trhlina a došlo k zatopení některé z částí vnitřního prostoru. 6