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
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 h1 působí tlaková síla F1 = ρSh1g, na dolní podstavu v hloubce
h2 tlaková síla F2 = ρSh2g.
Výslednice sil F1 a F2 je vztlaková síla Fvz
vzhledem k tomu, že h = h2 - h1
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
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, ρT průměrnou hustotu tělesa a ρ hustotu kapaliny.
Pak velikost tíhové síly určíme FG = ρTVg a velikost hydrostatické vztlakové síly Fvz = ρVg.
Porovnáváme-li velikosti těchto sil, může nastat jeden ze tří případů:
a/ FG < Fvz, ρT < ρ těleso plove, jestliže hustota tělesa je menší než hustota tekutiny
b/ FG > Fvz, ρT > ρ těleso klesá ke dnu, jestliže má větší hustotu než tekutina
c/ FG = Fvz, ρT = 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 Tmax)
a výtlakem lodi prázdné (při Tmin).
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
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 TG - tíhové
těžiště a opačně kapalina působí na těleso vztlakovou silou Fvz, rovnající se tíze tělesa,
která působí v bodě TV - 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 FVZ s osou plování při vychýlení osy
plování ze svislé polohy.
Loď se při naklánění pootáčí kolem tíhového těžiště TG. Například vlivem zatížení Q
působícího mimo osu plavidla. Vzniká klopný moment MK = Q.b. Klopný moment způsobí
naklánění lodi o úhel náklonu φ. Výtlakové těžiště se posouvá TV → TV´ o hodnotu h –
rameno stability. h = k.sin φ , tím vzniká moment stability MS , který působí proti Mk. a
zabraňuje dalšímu zvýšení náklonu. Ms = Fvz . 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:
MK = Ms
MK = Q.b
Ms = Fvz . h
Fvz = G+Q
h = k.sin φ
4
=>
lze vypočítat úhel náklonu φ pro určitý klopný moment
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
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
∆Tz
τ
∆T diferent
∆T=∆Tp + ∆Tz
∆Tp
(hodnota diferentu na přídi + na zádi)
Vliv na stabilitu má velikost a tvar hlavní
vodorysky a tím hodnota Jx –
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
Download

Lodní těleso