¿Cuál es el rendimiento de navegación del barco?
Flotabilidad de un barco
La capacidad de flotación de un barco bajo determinadas condiciones de carga se denomina flotabilidad.
Los barcos son cuerpos flotantes, y las fuerzas que determinan las subidas y bajadas del barco son principalmente la gravedad y la flotabilidad. Su barra flotante tiene gravedad y flotabilidad iguales en magnitud y de dirección opuesta. Las dos fuerzas deben actuar sobre la misma línea vertical.
La gravedad del barco es el peso total del barco. La flotabilidad de un barco se refiere a la fuerza de flotación del agua sobre el casco.
Según el teorema de Arquímedes, la flotabilidad de un barco es igual al peso del mismo volumen de agua desplazado por el casco.
El centro de gravedad del barco, generalmente representado por W, pasa por el centro de gravedad del barco, también llamado centro de gravedad (G), y su dirección es verticalmente hacia abajo. la gravedad G cambia con el movimiento de la carga; la fuerza de flotabilidad, generalmente denotada por B, se dirige verticalmente hacia arriba a través del centro geométrico del volumen submarino del barco, también conocido como centro de flotabilidad (G). La posición del centro de flotabilidad G del barco cambia con el cambio del volumen del casco debajo de la línea de flotación, como se muestra en la Figura 1-23.
La gravedad (W) y la flotabilidad (B) del barco son iguales en magnitud y opuestas en dirección, actuando sobre la misma línea vertical. En ese momento, el barco flotaba equilibradamente sobre el agua.
Si agregas carga, el barco se hundirá a medida que aumenta la gravedad, por lo que el calado aumentará y la flotabilidad aumentará hasta que la flotabilidad y la gravedad sean iguales, el barco alcanzará una nueva posición de equilibrio de manera similar. Si la gravedad disminuye y el barco flota, alcanzará un nuevo punto de equilibrio.
El estado de flotación de equilibrio del barco se denomina estado de flotación del barco. El estado flotante de un barco se puede dividir en cuatro tipos.
1. Estado de flotación positiva
Se refiere a la situación en la que los calados en proa, popa, medio e izquierdo del barco son iguales.
2. Estado de cabeceo
Se refiere a la situación en la que los drafts izquierdo y derecho son iguales pero los drafts delantero y trasero no son iguales. El calado de la proa es mayor que el de la popa
El agua se llama primera escora; el calado de la popa es mayor que el calado de la proa, al que se le llama escora de popa. Para mantener una cierta profundidad de la hélice y mejorar la eficiencia de la hélice, todos los barcos que no están completamente cargados en su viaje inaugural deben tener un cierto ángulo de inclinación de popa.
3. Estado de escora
Se refiere a la situación en la que el calado del barco es igual de proa a cola y desigual de izquierda a derecha, lo cual no está permitido durante la navegación.
Estado de inclinación.
4. Cualquier estado
Se refiere al estado de inclinación horizontal y de inclinación longitudinal.
Cuando un barco navega por el mar, a menudo se encuentra con olas que golpean la cubierta, que pueden llegar a ser muy espesas en invierno.
El hielo equivale a añadir peso al barco. Para garantizar la seguridad del barco, el barco debe mantener una cierta flotabilidad de reserva (también llamada flotabilidad de reserva). La flotabilidad de reserva se refiere a la flotabilidad generada por el espacio estanco entre la cubierta principal del barco y la línea de flotación, como se muestra en la siguiente figura.
Cuanto menos carga, mayor será el francobordo del barco, mayor será la flotabilidad de reserva, mejor será la flotabilidad, lo que favorecerá la seguridad de la navegación. Por lo tanto, para garantizar la seguridad del barco y aprovechar al máximo la capacidad de carga del barco, es necesario realizar una estiba razonable según las diferentes estaciones y zonas de navegación, de modo que el calado máximo no supere la línea de flotación de carga completa especificada. en la señal de la línea de carga.
Estabilidad del barco
La estabilidad se refiere a la capacidad que tiene un barco de inclinarse bajo la acción de momentos externos (como viento, olas, etc.). ) y regresa a su posición de equilibrio original después de que se elimina el par externo.
La estabilidad del barco se puede dividir en estabilidad transversal y estabilidad longitudinal según la dirección de inclinación; según el ángulo de inclinación, se puede dividir en estabilidad inicial (ángulo de inclinación inferior a 100) y estabilidad del ángulo de inclinación grande; Según la naturaleza del momento externo, se puede dividir en estabilidad estática y estabilidad dinámica. Para los barcos, la posibilidad de zozobrar longitudinal es extremadamente pequeña, por lo que generalmente se analiza la estabilidad transversal.
Cuando el barco está en una posición equilibrada, el centro de gravedad (G) está en la línea central del barco. Debido a que la estructura del barco es simétrica, la distribución del peso en el barco también debe serlo. ser simétrico. Como se mencionó anteriormente, la gravedad (W) está verticalmente hacia abajo desde el centro de gravedad (G). El centro de flotabilidad del barco (C) es el centro geométrico del volumen submarino del barco. Cuando el barco está flotando, también está en la línea central del barco y la fuerza de flotabilidad (B) está verticalmente hacia arriba desde el centro de la fuerza de flotabilidad (C), como se muestra en la Figura 1-25.
Cuando el par externo obliga al barco a inclinarse, si la carga no se desplaza, la posición del centro de gravedad permanece sin cambios. Sin embargo, debido al cambio en la forma del volumen submarino, el centro flotante se mueve del punto C al punto C1. En este momento, la gravedad y la flotabilidad forman un par de fuerzas que resiste la inclinación, como se muestra en la Figura 1-26. Cuando el momento externo desaparece, el barco regresa a su posición inicial bajo la acción del momento generado por el par de fuerzas antes mencionado. Este momento se llama momento de recuperación. Se dice que un barco es estable cuando se encuentra en un estado de equilibrio estable.
Si el centro de gravedad del barco es demasiado alto, o la anchura del barco es estrecha, cuando el barco se escora bajo la acción de momentos externos, debido a que la distancia entre el centro de flotabilidad del barco Un barco más estrecho es más corto, se generará un par de fuerzas compuesto de gravedad y flotabilidad. El momento hará que el barco continúe inclinándose o incluso vuelque. Este momento se llama momento de vuelco, como se muestra en la Figura 1-26. Cuando un barco se encuentra en un estado de equilibrio inestable, se dice que no tiene estabilidad.
Se puede ver en las dos situaciones anteriores que en la Figura 1-26, el punto M (el punto de intersección de la nueva línea de acción de flotabilidad después de que el barco se inclina y la línea central del barco) está por encima del El centro de gravedad es el punto g, y el barco tiene estabilidad. El punto M se llama centro estable. En la figura 1-27, el punto M está debajo del punto g y el barco es inestable.
Mediante análisis e investigación, la estabilidad del barco depende de la posición relativa entre G y M y de la distancia entre G y M. Es decir, el valor GM es el estándar para medir la estabilidad del barco y se denomina altura de estabilidad inicial. . Su relación con la estabilidad es la siguiente: cuando el punto M está por encima del punto g y GM > 0, el barco tiene estabilidad Cuanto mayor sea el valor de GM, mejor será la estabilidad, pero el balanceo del barco se intensificará cuando el punto M esté por encima del punto G; Cuándo: Es extremadamente inseguro para los barcos.
Resistencia al hundimiento de un barco
La independencia se refiere a la capacidad que tiene un barco de permanecer sin hundirse y volcar cuando uno o varios tanques se sumergen.
Para garantizar el antihundimiento, además de disponer de suficiente flotabilidad de reserva, una medida generalmente eficaz es la instalación de un doble fondo y un determinado número de mamparos estancos. En caso de colisión o varamiento, un determinado compartimento pierde flotabilidad debido a la entrada de agua. El mamparo estanco puede limitar la entrada de agua a un rango menor y evitar que la entrada de agua se extienda a otros compartimentos sin provocar una pérdida excesiva de flotabilidad. De esta manera, la flotabilidad perdida puede compensarse con la flotabilidad de reserva, asegurando la insumergibilidad del barco y creando condiciones favorables para la obturación de fugas y las operaciones de rescate.
Para barcos con diferentes propósitos, diferentes tamaños y diferentes áreas de navegación, los requisitos para evitar el hundimiento son diferentes. Se divide en barco de "un camarote", barco de "dos camarotes" y barco de "tres camarotes". Un barco de "una sola cabina" se refiere a un barco en el que cualquiera de sus compartimentos resulta dañado e inundado pero no se hunde. Generalmente, los buques de carga oceánicos pertenecen al "sistema de cabina única". Un barco de "dos camarotes" se refiere a un barco en el que dos camarotes adyacentes están dañados e inundados, lo que no provocará el hundimiento. Barcos de "tres cabinas", etc. Generalmente, los quimiqueros y los graneleros para líquidos son buques de "dos camarotes" o "tres camarotes". Para un barco con "sistema de una sola cabina", no es imposible que el agua en la primera cabina se hunda bajo cualquier condición de carga, porque la cabina diseñada según el principio anti-hundimiento se calcula en base al volumen de entrada de agua bajo la permeabilidad promedio. La llamada permeabilidad se refiere a la relación entre el volumen de entrada de aire de una cabina y el espacio de la misma. Por lo tanto, cuando el agua entra en la bodega de carga de un buque de carga ordinario completamente cargado con acero, la entrada de agua superará con creces la flotabilidad de reserva, lo que puede no garantizar que el buque no se hunda.
También cabe señalar que el hecho de que un barco vuelque o se hunda después de sufrir daños e inundaciones también está relacionado en cierta medida con las medidas anti-hundimiento adoptadas por la tripulación a bordo. Son muchas las medidas que se deben tomar después de que un buque averiado se inunda, como bombear agua, llenar agua, tapar goteras, reforzar, abandonar el buque, trasvasar o trasvasar agua de lastre, etc. Bombear, llenar, tapar, reforzar, abandonar el barco y transferir son todos para asegurar la flotabilidad del barco. En ocasiones, para reducir la inclinación del barco y mejorar el estado de flotación y estabilidad del mismo, se suele conseguir inyectando agua o transfiriéndola al camarote correspondiente.
Velocidad y resistencia del barco
La capacidad de un barco para aumentar su velocidad tanto como sea posible bajo una determinada potencia de salida del motor principal se llama velocidad del barco. Velocidad incluye dos significados: ahorro de energía y rapidez, por lo que mejorar la velocidad de los barcos también debe partir de estos dos aspectos, es decir, aumentar el empuje de la hélice y reducir la resistencia de la navegación del barco.
La resistencia del barco incluye la resistencia al agua y la resistencia al aire. Dado que la densidad del agua es más de 800 veces mayor que la del aire, la resistencia al agua del casco del barco se tiene en cuenta principalmente cuando se navega en el mar. La resistencia al agua del casco consiste en la resistencia a la fricción, la resistencia a las corrientes parásitas (resistencia a la forma) y la resistencia a la formación de olas. Su suma es la resistencia total al agua del casco. Es decir:
La resistencia a la fricción es causada por la viscosidad del agua. Cuando un barco se mueve en el agua, siempre hay una capa de agua adherida a la superficie del casco, que se mueve con el casco. La energía consumida por el movimiento del barco para impulsar el movimiento de las moléculas de agua es la energía consumida por el barco para superar la resistencia a la fricción. La magnitud de la resistencia a la fricción está relacionada con la superficie submarina del casco, la suavidad de la superficie del casco y la velocidad. Por lo tanto, el atraque regular de barcos para eliminar los fondos sucios es una medida importante para reducir la fricción y la resistencia.
Además de la resistencia a la fricción, también se generará resistencia a las corrientes parásitas cuando el barco avance. A medida que el barco avanza, se crean corrientes opuestas. Debido a la viscosidad del agua, la velocidad relativa del agua cerca de la superficie del barco es pequeña. Cuando llega a la popa del barco, la sección transversal se expande y la velocidad del flujo cae rápidamente, alcanzando cero o contracorriente, provocando un movimiento de vórtice en la popa, reduciendo la presión en la popa y formando una resistencia diferencial de presión en el barco. lo que se llama resistencia al vórtice o resistencia a la forma. La parte con una mayor curvatura del casco es propensa a producir corrientes parásitas, y la resistencia a las corrientes parásitas producida por el barco con una fuerte contracción de la sección transversal de la cola es más grave, mientras que el casco aerodinámico no produce resistencia a las corrientes parásitas o solo produce Resistencia mínima a las corrientes parásitas. Por lo tanto, mejorar la forma de la línea del casco bajo el agua tiene un gran impacto en la velocidad del barco.
La resistencia a la formación de olas es causada por las olas que viajan del barco, lo que crea resistencia opuesta a la dirección de avance del barco. Las olas de los barcos se dividen en olas de proa y olas de popa. En la propagación de las olas de un barco, si la onda de proa y la onda de popa se superponen en la popa, la resistencia de las olas será muy grande. Si la onda de proa y la onda de popa se anulan entre sí en la popa, la resistencia de las olas será pequeña. Entonces la resistencia a las olas depende del tamaño. , principalmente relacionado con la velocidad y el capitán. Cuanto mayor sea la velocidad, mayor será la resistencia de las olas. Bajo una determinada velocidad de diseño, la selección adecuada del capitán puede reducir la resistencia a la formación de olas. Los barcos de navegación oceánica suelen utilizar proas bulbosas sólo para ajustar la longitud y reducir la resistencia de las olas.
En cuanto al aumento del empuje de la hélice, actualmente se utiliza principalmente en barcos de navegación marítima. Cuando la potencia de salida del motor principal y la velocidad de rotación son fijas, el diseño correcto o la selección de la geometría de la hélice tiene una gran relación con el empuje. Por lo tanto, los barcos en operación deben: seleccionar adecuadamente el paso de la hélice de paso ajustable, ajustar el calado y la diferencia de calado apropiados y mantener la hélice en una posición más profunda bajo el agua al navegar.
Balanceo del barco
El movimiento periódico de balanceo lateral y longitudinal y guiñada de un barco bajo la acción de fuerzas externas se denomina guiñada del barco. Esta es una actuación dañina. Las sacudidas fuertes reducirán la velocidad, causarán daños a la carga, dañarán el casco y la maquinaria, marearán a los pasajeros y afectarán la vida y el trabajo de la tripulación.
El balanceo de un barco se puede dividir en cuatro formas: balanceo, cabeceo, balanceo vertical y elevación vertical. El balanceo es el movimiento de balanceo del barco alrededor del eje longitudinal; el cabeceo es el movimiento de balanceo del barco alrededor del eje horizontal; el balanceo vertical es el movimiento de balanceo del barco alrededor del eje vertical y la elevación vertical significa que el barco se mueve hacia arriba y hacia abajo; con las olas. Cuando un barco encuentra viento y olas en el mar, a menudo sufre un movimiento compuesto de los cuatro tipos de balanceo anteriores. Debido a que el balanceo es obvio y tiene un gran impacto, solo presentamos el balanceo para comprender su regularidad.
La intensidad del balanceo del barco está relacionada con el tamaño del viento y las olas de las condiciones externas, pero también está relacionada con la estabilidad de las propias condiciones del barco.
Bajo la acción de una fuerza externa, el barco se inclina hacia un lado desde su posición de equilibrio original. Cuando la fuerza externa cesa, debido a la estabilidad del barco, se generará un momento de recuperación, haciendo que el barco se mueva a su posición de equilibrio original. Cuando el barco vuelva a su posición de equilibrio, seguirá inclinándose hacia el otro lado debido a la inercia. Cuando la fuerza de inercia es compensada por el momento de recuperación correspondiente, el barco se moverá a su posición de equilibrio original bajo la acción del momento de recuperación. Según esta ley del movimiento, el barco oscila repetidamente hacia la izquierda y hacia la derecha. Sólo cuando todas las fuerzas externas sobre el barco se agotan por la resistencia del agua, el barco puede detenerse en su posición de equilibrio original. Este balanceo en aguas tranquilas se llama "balanceo libre". Cuando el barco realiza un ciclo completo de oscilación desde el lado inclinado, el barco se balancea violentamente; cuando el barco se balancea libremente durante un período más largo, el barco se balancea lentamente. La longitud del giro libre está relacionada con el valor GM de la altura estable del barco. Si el valor de GM del barco es demasiado grande, el momento de recuperación será fuerte. Cuando la velocidad de recuperación es rápida, el período de oscilación es corto y se forma una oscilación violenta; por el contrario, el período de oscilación es largo y el barco se balancea lentamente; Cuando un barco navega entre olas, hay que sumarle el balanceo forzado que provocan las olas. El tiempo que tarda una cresta de onda en moverse una distancia de longitud de onda se llama "período de onda". Para un barco en movimiento, el tiempo transcurrido desde la cresta de la primera ola hasta la cresta de la segunda ola se denomina "período aparente de la ola". El tamaño del período aparente de una ola depende del período de la ola y del rumbo y velocidad del barco.
Cuando el período de oscilación libre del barco es mayor que el período aparente de la ola, el balanceo del barco en las olas se debilitará; cuando el período de oscilación libre es menor que el período aparente de la ola, Se mejorará el swing. Si el período de balanceo libre del barco es similar al período aparente de las olas, el balanceo del barco aumentará bruscamente. Esta situación se denomina "balanceo armónico". La oscilación armónica es un fenómeno peligroso para los buques, que tendrá efectos adversos en la tripulación, los pasajeros, la carga, la estructura del casco y la maquinaria y, en casos graves, pondrá en peligro la seguridad del buque.
Si se encuentra balanceo armónico en el barco, se deben tomar medidas inmediatamente para cambiar el fenómeno de balanceo armónico. El rumbo y la velocidad se pueden cambiar, cambiando así el ángulo entre el rumbo y las olas o cambiando la velocidad aparente de las olas para evitar un balanceo armónico.
Para reducir el balanceo del barco, la quilla de popa generalmente se instala en la popa fuera del casco. Tiene una estructura simple, no ocupa la posición interna del casco y tiene una apariencia obvia. efecto anti-rolling. La práctica demuestra que la quilla de popa puede reducir el balanceo entre un 20% y un 25%. La desventaja de la quilla de popa es que aumenta la resistencia al agua y afecta la velocidad. Los grandes barcos de pasajeros también utilizan tanques de agua anti-balanceo, aletas anti-balanceo y dispositivos anti-balanceo giroscópicos para reducir el balanceo del barco con el viento y las olas.
Maniobrabilidad del barco
La capacidad de un barco para mantener y cambiar su estado de movimiento se llama maniobrabilidad.
El llamado estado de movimiento se refiere al rumbo y la velocidad, por lo que la maniobrabilidad debe incluir la capacidad del barco para cambiar rápidamente el rumbo y mantener la estabilidad del rumbo prescrito, así como el desempeño del barco al cambiar y mantener velocidad, así como la inercia del barco al detenerse y dar marcha atrás.
La maniobrabilidad del barco se consigue principalmente mediante el timón, pero también se complementa con anclas, cables y remolcadores para mejorar la maniobrabilidad del barco durante las operaciones de atraque y atraque.