Качка

•Не следует путать h3% и максимальную высоту волн. Считается, что в открытом океане наибольшее значение h3% приближается к 20 м. Но наибольшие измеренные высоты волн намного больше. В 1922 г. у мыса Доброй Надежды (на юге Африки) была измерена высота волны 30 м, а вблизи острова Гуам (в Тихом океане) с самолета Б-29 (США) - 37 м. Речь идет о ветровых волнах, а не о волнах цунами и т.п.

Шкала балльности волнения ГУГМС СССР 1953 г.

Баллы	1	2	3	4	5	6	7	8	9
h3%,	0 -	0,25 -	0,75 -	1,25 -	2,0 -	3,5 -	6,0 -	8,5 -	свыше
м	0,25	0,75	1,25	2,0	3,5	6,0	8,5	11,0	11 м

Качка

•Основными характеристиками качки являются:

•амплитуда (т.е. наибольшее отклонение от положения равновесия; двойная амплитуда называется размахом); обозначение ее зависит от вида качки;

•период качки Т (с индексом, соответствующим виду качки);

•частота качки = 2 / Т;

•начальная фаза колебаний (сдвиг фаз; с индексом, соответствующим виду качки) .

•В некоторых случаях рассматривают также амплитуды скоростей и ускорений при качке, которые получаются умножением амплитуды качки на частоту, соответственно в первой или во второй степени.

Эти характеристики получаются из уравнений соответствующих видов качки, которые представляют собой линейные дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами, зависящими от характеристик судна.

Качка

•Для периодов качки получены приближенные формулы.

Вертикальная качка:

Т 2,5Т ,

где осадка судна Т измеряется в метрах, период - в секундах.

Килевая качка:

Т 2,4Т ,

что очень близко к периоду вертикальной качки.

Бортовая качка:

T 0,8 Bh ,

где В - ширина судна, h - начальная метацентрическая высота. П о- следнюю формулу часто называют «капитанской», поскольку она дает возможность капитану оперативно оценить остойчивость своего судна.

	Качка
•	Таким образом, период бортовой качки
	уменьшается с ростом начальной метацентрической
	высоты, что делает качку более порывистой; ускорения
	при равной амплитуде пропорциональны квадрату
	частоты, т.е. метацентрической высоте. Кроме того,
	волны с меньшим периодом в море встречаются чаще.
	С учетом этого при проектировании морских судов
	метацентрическую высоту ограничивают и снизу,
	чтобы судно имело достаточную остойчивость, и
	сверху, чтобы оно не испытывало чрезмерную
	бортовую качку.

Качка

•Амплитуды качки, особенно бортовой, очень сильно зависят от соотношения между частотой возмущающей силы (волн) и собственной частотой n . При наступает резонанс - амплитуда качки резко возрастает, причем тем сильнее, чем меньше сопротивление качке. Примерный вид зависимости амплитуды бортовой качки, точнее, коэффициента динамичности, т.е. отношения амплитуды качки к наибольшему углу волнового склона, от частоты показан на рисунке. В линейной теории резонансная амплитуда бортовой качки в 5 - 10 раз больше наибольшего угла волнового склона. Правда, при таких больших амплитудах качка становится нелинейной, поскольку, во-первых, метацентрическая формула остойчивости, используемая в уравнении качки по линейной теории, неприменима, во-вторых, сопротивление качке также становится нелинейным (не пропорциональным скорости качки), в результате чего амплитуда уменьшается по сравнению с линейным расчетом.

Амплитудно-частотная характеристика бортовой качки

10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0	0,2	0,4	0,6	0,8	1	1,2	1,4	1,6	1,8	2

Качка

•Сопротивление вертикальной и килевой качке значительно больше, чем бортовой, поэтому возрастание амплитуд при резонансе менее значительное.

•Уменьшить качку судна можно разными способами. Одни из них применяются при проектировании, другие - в процессе эксплуатации. С ростом размеров судов их качка уменьшается, хотя бы потому, что опасное для них волнение встречается редко. Но при выборе размеров проектируемого судна эти соображения практически не принимаются во внимание. Для того, чтобы бортовая качка не была чрезмерной, выбирают такое отношение В/Т, при котором метацентрическая высота будет лежать в допустимых пределах, о чем было сказано выше. На период килевой качки влияет характер распределения нагрузки судна по длине: если нагрузка сосредоточена в средней части, собственный период уменьшается, если в оконечностях - увеличивается, но возможности снижения килевой качки таким путем довольно ограничены.

	Качка
•	При эксплуатации за счет выбора скорости хода и курсового
	угла по отношению к волнению можно воздействовать на все виды
	качки в широких пределах: при положении судна лагом (бортом) к
	волнению усиливается бортовая качка, но ослабевает килевая, а при
	ходе против волны - наоборот. Для практического использования
	такого приема на судах имеются специальные диаграммы,
	рассчитанные при проектировании, которые позволяют судоводителю
	выбрать рациональные сочетания скорости хода и курсового угла. Но
	этот путь не всегда приемлем. Например, в узкостях (проливах и т.п.)
	нельзя произвольно менять направление движения. Если судно
	должно быть в порту назначения в определенный срок, оно также не
	может в широких пределах изменять направление и скорость
	движения.

	Качка
•	Для умерения качки в любых условиях плавания применяют
	специальные устройства - успокоители качки. Практически с их
	помощью удается уменьшать бортовую качку, хотя ведутся работы и
	по успокоению килевой качки. Успокоители качки бывают довольно
	разнообразными и по принципу действия подразделяются на
	пассивные (реактивные) и активные. Пассивные работают за счет
	самой качки, не требуя какого-либо вмешательства в их работу, а
	активные имеют систему автоматического управления и работают за
	счет энергии, получаемой от судового источника.

	Качка
•	К пассивным успокоителям относятся скуловые (боковые) кили,
	реактивные цистерны, реактивные гироскопы. К активным
	успокоителям относятся активные цистерны, активные гироскопы и
	бортовые управляемые рули. Скуловые кили - самые простые, не
	занимающие места внутри корпуса успокоители качки, которые
	устанавливаются на большинстве морских судов в районе скулы в
	средней части. Увеличивая сопротивление качке, они уменьшают
	резонансную амплитуду бортовой качки в 1,5 - 2 раза, иногда
	несколько меньше. Их недостаток - увеличение сопротивления
	движению примерно на 2 - 3 %. При плавании во льдах кили часто
	повреждаются.

	Качка
•	Реактивные цистерны - это бортовые цистерны, которые бывают 1-го
	рода (не сообщающиеся с забортной водой) и 2-го рода (сообщающиеся с
	забортной водой). Цистерны 1-го рода заполнены водой примерно
	наполовину и соединяются друг с другом водяным (внизу) и воздушным
	(вверху) каналами, а цистерны 2-го рода имеют отверстия в нижней (для
	воды) и в верхней (для воздуха) части. При бортовой качке вода в цистернах
	вовлекается в колебательное движение, причем колебания воды отстают от
	качки судна. Цистерны второго рода заполняются забортной водой и
	опорожняются также с отставанием по фазе. В свою очередь, качка отстает
	по фазе от возмущающей силы. Как известно, при резонансе сдвиг фаз
	составляет 900. Реактивные цистерны “настраиваются” так, чтобы
	собственный период колебаний воды в них был равен собственному периоду
	бортовой качки судна. Тогда при резонансе сдвиг фаз между возмущающей
	силой и колебаниями воды в цистернах составит 1800, т.е. качка резко
	уменьшается. Вдали от резонанса амплитуды качки, наоборот, растут
	(происходит “расщепление резонанса”), но цистерны можно отключить.
	Эффективность цистерн на нерегулярном волнении снижается.