Что такое стабилизатор качки

Стабилизаторы качки: для чего они нужны и какие бывают

Отдых на воде может быть безнадежно испорчен качкой.

Помимо того, что качка — очень неприятная вещь для самочувствия людей, она представляет и реальную угрозу безопасности судна.

Особенно уязвимы для качки суда небольшого размера, а также узкие или перегруженные.

На восприимчивость к качке может влиять даже форма корпуса. Некоторое время назад были в моде суда с «проваленными» боками. Такая конфигурация делала их особенно уязвимыми к качке. Снижает остойчивость судна и малая высота надводных бортов.

В стабильном состоянии центр тяжести и центр плавучести судна совпадают, но, как только судно подвергается влиянию внешних сил (качке), оно начинает накреняться; одна его часть сильнее погружается в воду, другая, напротив, выталкивается из воды, и центр плавучести смещается.

Пока между центром тяжести и центром плавучести сохраняется расстояние по горизонтали (плечо), судно способно сопротивляться внешним силам. Как только горизонтальное расстояние исчезнет, и центр плавучести окажется на одной вертикали с центром тяжести, лодка перевернется.

Качку может вызвать не только ветер и волны, но и перемещения людей, тяжелых грузов. Вот почему все грузы должны быть надежно закреплены и установлены как можно ниже.

Что такое стабилизаторы качки

Стабилизаторами качки называют особые устройства, которые устанавливаются на судах с целью демпфирования качки.

Функции стабилизаторов качки

С целью повлиять на интенсивность качки люди придумывали различные устройства. Раньше это могли быть довольно простые и даже примитивные приспособления; сегодня появились эффективные стабилизаторы, которые позволяют подавить даже существенную качку.

Виды стабилизаторов качки

Стабилизаторы качки делятся на пассивные и активные приспособления. Они действуют по-разному. Некоторые устройства лучше работают, когда судно на ходу, другие — во время стоянки.

Пассивные стабилизаторы

К пассивным устройствам демпфирования качки относятся:

• скуловые кили;
• пассивные цистерны.

Пассивные стабилизаторы качки отличаются от активных тем, что они работают без источника энергии. Эти механические устройства реагируют на колебания судна, создавая стабилизирующий момент.

Скуловые кили

Бортовые или скуловые кили — это пластины, расположенные по бокам судна, по центру, перпендикулярно обшивке. Их ширина, в зависимости от размера судна, может составлять от 30 см до 1 м, а длина составляет от трети до трех четвертей длины судна.

Когда судно начинает раскачиваться, кили, соприкасаясь с водой, оказывают сопротивление погружению в воду, таким образом стабилизируя судно. Они довольно эффективны от качки, которая возникает из-за колебаний судна, но сильную внешнюю качку, вызванную волнами, подавить не могут.

Пассивные успокоительные цистерны могут уменьшить качку в 2 раза.

Было замечено, что колебания жидкости, расположенной в нижней части судна, могут компенсировать колебания, вызванные качкой. С этой целью на судах устанавливали цистерны с балластной жидкостью или жидким топливом.

Пассивные цистерны — это устройство, основанное на принципе сообщающихся сосудов. Две цистерны соединены снизу U-образной цистерной, по которой жидкость может переливаться, снаружи устроен воздушный канал. Когда судно кренится, жидкость переливается и компенсирует наклон; качка подавляется.

Но в случае нерегулярных волнений пассивные цистерны могут увеличивать качку.

Активные стабилизаторы качки

Активные устройства работают от источников энергии. На сегодняшний день это:

• бортовые управляемые рули;
• активные успокоительные цистерны;
• гироскопические стабилизаторы.

Бортовые «активные» рули выдвигаются из корпуса судна и могут изменять угол, таким образом опуская или приподнимая борт.

Активные цистерны — это пневматические системы. По сути, это те же успокоительные цистерны, но оснащенные насосом, который может нагнетать воздух и вытеснять жидкость из одной цистерны в другую, компенсируя качку.

Интересно!

Активные цистерны могут не только подавлять качку, но и создавать ее, что может пригодиться, если судно перемещается во льдах.

Гироскопические стабилизаторы устроены по принципу гироскопа — самовыравнивающейся системы, которая всегда работает во время движения судна. При возникновении качки ось гироскопа поворачивается, и создается стабилизирующий момент. На сегодняшний день это одно из самых эффективных и надежных стабилизирующих устройств для яхт и катеров, позволяющее подавить качку на 95%. Они устанавливаются на судна любых размеров, от 10 м и больше.

Как управлять стабилизаторами

Современные стабилизирующие устройства, такие, как гироскопические стабилизаторы, работают автоматически; управлять ими можно с дисплея с простым и понятным интерфейсом.

Эффективные, современные и надежные успокоители качки для яхты — гарантия вашего комфорта и безопасности на воде. Их стоимость довольно высока, поэтому особенно важно сделать покупку у надежного поставщика, такого, как «Вест Наутикал Сервис», который является официальным дилером компании-производителя на территории России и уже в течение 6 лет профессионально занимается доставкой и шеф-монтажом стабилизаторов качки не только в странах СНГ, но и в Европе и Турции.

Для государственных компаний и верфей это лучший поставщик, поскольку «Вест Наутикал Сервис» имеет все необходимые лицензии и сертификаты на установку и обслуживание стабилизаторов качки.

Источник

Как борются с качкой круизные лайнеры и яхты — гироскопический стабилизатор

В чем проблема популяризации морских круизов? — как ни странно в морской болезни. Самый популярный вопрос среди желающих купить морской круиз это как пережить качку, что такое морская болезнь и насколько ее симптомы неприятны. Вы знаете, симптомы морской болезни крайне неприятны, и могут в буквальном смысле отравить впечатление от любого путешествия. Но если в былые времена людям приходилось с этим мириться, так как авиатранспорта просто не было и морской путь был единственной трансатлантической связью, то сейчас нет так какового морского транспорта, в его классическом смысле. Огромные корабли строятся исключительно как плавучие отели, а подобный отдых стал называться круизом. Если нет цели перемещения, но есть цель отдыха, кораблестроителям пришлось проделать большой путь в попытке устранить качку. И в настоящее время качка побеждена с помощью такого устройства, как гироскоп.

Гироскоп — это быстровращающееся тело, которое способно сохранять изначальное положение вне зависимости от внешних условий (если построен соответствующий механический аппарат). Можно конечно на такое тело попытаться повлиять, то есть применить некий обратный процесс, вывести гироскоп из первоначального стабильного положения. Но для того, чтобы нам это сделать, придется приложить немало усилий, гироскоп будет сопротивляться любой попытке изменить его положение.

Фактически это стабилизатор мечты, как гвоздь, забитый в воздух, за который можно держаться. Тяжелое круглое тело, спрятанное в вакуумный металлический кожух, вакуум нужен для минимизации сопротивления вращению, раскручивается до десятков тысяч оборотов в минуту, таким образом внутри корабля создается ряд устойчивых гироскопов. К каждом кожуху подключены гидроцилиндры, которые управляются компьютером.

В момент возникновения крена компьютер подает команду и нужный гидроцилиндр пытается сдвинуть гироскоп в противоположном направлении. Однако из-за сопротивления гироскопа получается, что момент сил, который создается волной, гасится гироскопом, а корабль остается неподвижным относительно оси качания. Поскольку гидроцилиндры установлены с учетом трехмерности степеней свободы, кренящий момент может быть скомпенсирован в любом направлении, и таким образом качка исключается полностью.

Мощность гироскопов подбирается исходя из размеров и массы судов. В настоящее время технологии позволяют крайне эффективно бороться с любыми кренящими моментами, остается только один вид качки, против которого мы бессильны — это качка по высоте волны. Иногда перепад высот может достигать десятков метров.

Источник

Успокоители качки

Бортовая качка ставит под угрозу остойчивость судна или, по меньшей мере, оказывает на нее нежелательное воздействие. Кроме того, бортовая качка отрицательно влияет на самочувствие людей на борту из-за ускорений, действующих в вертикальном направлении и непрерывно изменяющихся по величине. Форма корпуса судна обеспечивает достаточную остойчивость судна при нормальной нагрузке и предотвращает возникновение сильной бортовой и килевой качки. Воздействовать на остойчивость судна можно в общем только за счет соответствующего распределения груза по высоте судна. Поэтому наиболее эффективным и простым методом предотвращения нежелательной бортовой качки является рациональное размещение грузов: при высоком размещении остойчивость уменьшается, при низком размещении грузов с высокой удельной массой остойчивость увеличивается. Незначительных улучшений можно добиться за счет заполнения и опорожнения балластных цистерн и путем перекачивания топлива. На килевую качку расположение грузов оказывает лишь незначительное влияние.

Скуловой киль

1 — скуловой киль; 2 — усиление; 3 — бортовая качка; 4 — сопротивление демпфирования скуловых килей.

Для механического демпфирования бортовой качки применяют различные стабилизирующие средства и установки. Они позволяют уменьшить бортовую качку, однако полного ее устранения добиться невозможно. Поэтому эти установки и называются демпфирующими установками или средствами. К наиболее простым средствам демпфирования бортовой качки морских судов относятся скуловые (боковые) кили. Они помещаются с внешней стороны корпуса судна перпендикулярно к скуловому поясу наружной обшивки. Скуловые кили располагаются в средней части судна и занимают от 1/3 до 3/4 его длины. Ширина килей рассчитана таким образом, что их наружная кромка находится над основной линией и в пределах наибольшей ширины судна, поэтому кили не повреждаются при швартовке судна к причалу или при соприкосновении с грунтом. Их ширина составляет от 0,3 до 1 м в зависимости от размеров судна. Для того чтобы скуловые кили не вызывали значительного повышения сопротивления движению судна, их форма от начала до самой оконечности судна соответствует линиям тока воды на наружной обшивке, которые приблизительно соответствуют форме скуловой рыбины. Скуловые кили позволяют уменьшить амплитуду колебаний бортовой качки — угла крена — собственных колебаний судна, однако на вынужденные колебания они не имеют влияния. Период (длительность колебаний) качки при больших амплитудах существенно увеличивается по сравнению с периодом при малых амплитудах, за счет чего соответственно уменьшаются нежелательные ускорения. У судна на ходу влияние скуловых килей, которые в данном случае следует рассматривать также как подводные несущие поверхности, будет намного больше, чем у судна, находящегося в состоянии покоя.

Успокоительные цистерны

1 — успокоительные цистерны; 2 — воздушный вентиль; 3 — соединительный воздушный канал; 4 — бортовые диптанки; 5 — переливной канал; б — бортовая качка судна; 7 — вода в цистерне

Судовой гироскоп

1 — момент М гироскопа; 2 — кренящий момент М; 3 — пара сил в качающемся рамочном подшипнике; 4 — ось вращения гироскопа; 5 — прецессия; б — тормозной момент качающегося рамочного подшипника; 7 — направление поворота гироскопа (угловая скорость); 8 — скорость процессии.

Для демпфирования бортовой качки применяют успокоительные цистерны, встраиваемые в корпус судна. Принцип их действия основан на том, что бортовая качка демпфируется собственными колебаниями массы жидкости на борту. Разработанные Фрамом успокоительные цистерны состоят из двух бортовых диптанков, которые внизу (в днище корабля) через переливной канал переходят в U-образную цистерну. Наверху обе цистерны через воздушный соединительный канал соединены с воздушным вентилем. Цистерны до определенной высоты заполнены водой или топливом. При бортовой качке судна жидкость движется по переливному каналу туда и обратно, а именно так, что за счет воздушной прослойки, регулируемой вентилем в воздушном канале, имеет смещение по фазе в пределах 90°, т. е. противодействует бортовой качке судна. Принцип действия различных успокоительных цистерн Фрама одинаков. Наибольшее демпфирующее действие таких цистерн на бортовую качку составляет около 50%, т. е. бортовая качка судна с успокоительными цистернами уменьшается в два раза. Вследствие стабилизации судна на волнении уменьшается его стремление встать перпендикулярно к склону волны. Но тогда уменьшается и стабилизирующий момент воды в цистернах (т. е. необходима активизация системы), поэтому в успокоительные цистерны встраивают насосы с гироскопическим управлением. Принцип действия гироскопа как успокоительного демпфирующего средства основан на том, что у вращающегося гироскопа с моментом инерции масс Jp (который зависит от его массы и расположения относительно оси вращения) и угловой скоростью ω=2πn (n — частота вращения гироскопа в единицу времени) при приложенном моменте М ось гироскопа отклоняется перпендикулярно к плоскости момента с угловой скоростью ωp называемой скоростью прецессии. С другой стороны, гироскоп противодействует изменению направления своей оси моментом. Если воспрепятствовать его прецессии, то этот момент не возникнет. Для достижения демпфирующего влияния гироскоп располагают таким образом, чтобы он мог колебаться перпендикулярно бортовой качке, т. е. в продольной плоскости судна. Бортовая качка судна демпфируется только тогда, когда колебания прецессии гироскопа демпфируются тормозами, встроенными в самоустанавливающиеся рамочные подшипники, в противном случае происходило бы лишь увеличение периода качки. Период колебаний гироскопа при разности по фазе 90° только незначительно отклоняется от периода колебаний судна. Благодаря соответствующему управлению гироскоп постоянно противодействует бортовой качке судна и существенно демпфирует углы крена. Общая масса подобных гироскопических установок составляет около 1,5% массы судна. Для приведения их в действие необходима специальная электростанция. Продолжительность разбега гироскопа до достижения рабочей частоты вращения составляет примерно 1,5 ч. По этой причине лишь некоторые суда снабжаются такими большими гироскопами для демпфирования бортовой качки. И напротив, небольшие гироскопы благодаря их физическим свойствам и чувствительности применяются в качестве регулирующих гироскопов для управления насосами активных успокоительных цистерн и гидродинамических стабилизаторов.

Новейшие разработки устройств снижения бортовой качки после гироскопически управляемых успокоительных цистерн привели к появлению гидродинамических стабилизаторов. Рули таких стабилизаторов расположены с внешней стороны корпуса судна на поверхности скулы. Для того, чтобы при причаливании судна к швартовной стенке не повредить рули, а также при спокойном море, когда рули не нужны, их с помощью гидравлических машин втягивают или убирают в корпус судна, в так называемые ниши для рулей. Их существенное отличие от бортовых килей заключается в управлении их колебательными движениями на основании правила гироскопа. Во время хода судна рули создают пару сил — вращающий момент, противодействующий бортовой качке судна. Если, например, судно кренится на правый борт, то передняя кромка руля этого же борта поворачивается вверх. Вода, обтекающая корпус, давит вверх на руль. Одновременно руль левого борта поворачивается вниз и протекающая вода создает с этого борта давление вниз. Под воздействием этих сил положение движущегося судна выравнивается; на судно, находящееся в состоянии покоя, рули, разумеется, не оказывают никакого влияния. Регулирующий гироскоп для управления приводом рулей работает так быстро и эффективно, что переход рулей из одного крайнего положения в другое осуществляется в зависимости от необходимости за 1—2 с, поэтому бортовая качка демпфируется уже в самом начале. Гидродинамические активные рули демпфируют бортовую качку судна на 90%. Увеличение сопротивления за счет рулей незначительно и компенсируется меньшим сопротивлением движению судна при малой бортовой качке.

Активные боковые рули

1 — втягивающиеся рули; 2 — заваливающиеся рули; 3 — силы, действующие на рули; 4 — направление хода судна, 5 — направление бортовой качки 6 — вращающий момент рулей.

Источник