متمایل به سینه

اندازه بیرون از آب یک کشتی
اندازه قانونی بیرون از آب یک کشتی فاصله محل تقاطع عرشه اصلی و بدنه کشتی تا مرکز دیسک پلیمسول مارک بوده اما در حالت عادی فاصله محل تقاطع عرشه اصلی و بدنه کشتی تا خط آب را اندازه بیرون از آب یک کشتی می گویند.

گرانیگاه کشتی
نقطه G طبق تعاریف نقطه ای است که تمام وزن کشتی به صورت عمودی به سمت پائین از آن اثر می کند. یک کشتی همانند جعبه ای تو خالی است که به آن تعدادی وزنه اضافه شده و یا بالعکس تعدادی وزنه برداشته شود و با هر تغییر در ترکیب این وزنه ها محل مرکز ثقل کشتی نز جا به جا می شود. این جا به جایی گرانگاه کشتی قابل محاسبه بوده و اهمیت به سزایی در محاسبات تعادل کشتی دارد. موقعیت طولی و عرضی گرانیگاه کشتی به طور جداگانه مورد بحث قرار خواهد گرفت. در مورد موقعیت عرضی گرانیگاه کشتی همیشه تصور بر این خواهد بود که درست در امتداد خط منصف کشتی قرار گرفته و در غیر این وضع کشتی به سمت طرفی که گرانیگاه قرار دارد به صورت یک پهلو قرار خواهد گرفت به این وضعیت کشتی حالت لیست (LIST) گفته می شود.
KG: فاصله عمودی گرانیگاه از تیرته کشتی می باشد. در کلیه نقشه های کشتی تیرته (KEEL) با حرف اختصار K و مرکز ثقل (GRAVITY CENTER) با حرف اختصار G نشان داده شده و از این رو فاصله این دورا KG می نامند. (DERRETT, D.R. 1990 : 27)
KG در حالت کشتی سبک
ارتفاع گرانیگاه کشتی G از تیرته کشتی در حالتی که هنوز کالا و سوخت و آب به کشتی افزوده نشده و کشتی در حالت جا به جایی سبک قرار دارد، KG حالت کشتی سبک ( LIGHT SHIP ) می نامند.
جهت مشخص کردن KG سبک، سازندگان کشتی ای از طریق محاسبه عمل نموده و یا از روش متمایل کردن کشتی توسط وزن های سنگین استفاده می نمایند که برای این منظور از INCL INING EXPERIMENT بهره می برند.
گرانیگاه حقیقی و مجازی وزنه در هنگام بارگیری و تخلیه
وزنه ای که به صورت آزاد از یک جرثقیل کشتی آویزان است محل اثر آن به جای گرانیگاه حقیقی وزنه در محلی بالاتر از آن قرار دارد. این نقطه تصوری، گرانیگاه مجازی نامیده شده و در محاسبات تعادل به جای گرانیگاه حقیقی از آن استفاده می شود.
برای مثلا وزنه ای را در نظر بگیرید که توسط جرثقیل کشتی جهت تخلیه برداشته شده است و فاصله این وزنه تا ته انبار حدود ۱۰ سانتیمتر است همانطوری که ملاحظه می شود مرکز ثقل حقیقی این وزنه فاصله چندانی را طی نکرده است که تأثیر زیادی در جا به جایی نقطه G گذاشته باشد. چنان چه این وزنه به حالت پاندولی حرکت کند و هیچگونه مانعی سر راه آن نباشد گرانیگاه مجازی آن در بالای جرثقیل قرار خواهد گرفت.

وزنه ای را که توسط جرثقیل یک کشتی برداشته شده است در شکل ملاحظه می کند در زمانی که وزنه کف انبار قرار دارد مرکز ثقل آن نقطه G می باشد. به محض برداشته شدن این وزنه به نحوی که با هیچ یک از قسمت های کشتی به جز قلاب چرثقیل تماس نداشته باشد گرانیگاه مجازی آن به بالای جرثقیل نقطه H منتقل می شود. در حین حرکت عمودی وزنه از G به G3 گرانیگاه مجازی در نقطه H باقی می ماند.
مثال: میزان جا به جایی یک کشتی ۶۲۰۰ تن و KG برابر با ۱۲/۶ متر می باشد محموله ای به وزن ۸۰ تن در کف انبار که KG آن ۵/۲ متر است قرار دارد. چنان چه این وزنه توسط جرثقیلی که ارتفاع آن ۲۱ متر بالای تیرته است جهت تخلیه برداشته شود، مقدار KG کشتی را محاسبه کنید.( DERRETT, D.R. 1990 : 27)
مرکز شناوری و نقطه شناوری
الف: مرکز شناوری (نقطه B): با توجه به تعریف مرکز شناوری در واقع این نقطه مرکز ثقل آب جا به جا شده کشتی نیز می باشد. نیروی شناوری از نقطه B به صورت عمودی در جهت رو به بالا اثر کرده و با وزن آب جا به جا شده توسط کشتی برابر است. بنا به قانون ارشمیدس یک جسم شناور برابر با وزن خود آب جا به جا می نماید، در نتیجه این نیروی شناوری با وزن کل کشتی مساوی می باشد.
ب: نقطه شناوری (نقطه F): نقطه ای است که کشتی در حول آن چرخش طولی و عرضی دارد. یک کشتی را در نظر بگیرید که تحت زاویه ای کوچک به یک سو در جهت عرضی متمایل شده است. صفحه STMN که صفحه مقطع تماس با آب در حالت قبل از متمایل شدن و صفحه S1 T1 P Q صفحه مقطع تماس با آب بعد از متمایل شدن هستند. قطعه SS1 FNQE از آب بیرون آمده و بالعکس قطعه FFT1 PME در آب فرو رفته است. این دو قطعه به ترتیب قطعات بالاکش و فروکش نامیده می شوند.

طبق قوانین ارشمیدس یک کشتی به اندازه وزن خود بایستی آب جا به جا نماید تا به حالت شناور باقی بنماید در نتیجه حجم آبی را که در زمان متمایل شدن به یک سو جا به جا می نماید با حجم آب جا به جا شده قبل از متمایل شدن برابر است با این وصف حجم قطعات بالاکش و فروکش باید با هم برابر باشند. در یک مکعب مستطیل در حالت عادی و در حالت متمایل مرکز ثقل صفحه مقطع تماس با آب و مرکز ثقل مکعب مستطیل باید بر هم منطبق باشند اما در مورد یک کشتی این اصل فقط در زوایای کوچک تمایل صحت داشته و با این وجود نقطه شناوری (نقطه F) مرکز ثقل صفحه مقطع تماس با آب می باشد.
موقعیت عرضی نقطه شناوری همیشه روی خط منصف صفحه مقطع تماس با آب بوده و محل آن محل تقاطع خط میان کشتی و صفحه مقطع تماس با آب خواهد بود. (DERRETT, D.R. 1990 : 27)
حالت تعادل در کشتی
در کشتی های عادی مرکز ثقل گرانیگاه همیشه در نقطه ای بالاتر از مرکز شناوری قرار داد به عبارتی دیگر KG>KB نیروی جاذبه به صورت عمود به سمت پائین از مرکز ثقل و بالعکس نیروی شناوری به صورت عمود به سمت بالا از مرکز شناوری اثر می کنند، جهت شناور ماندن یک کشتی این دو نیرو باید با هم مساوی باشند.
در اینجا مشاهده شد که حالت تعادل یک جسم که به یک سو متمایل شده است بستگی به موقعیت گرانیگاه آن جسم و سطح اتکا دارد، تا زمانی که مرکز ثقل و نقطه اتکا در یک امتداد نباشند جسم یا بیشتر متمایل شده و یا اینکه به حالت اولیه باز می گردد، این اصل در وضعیت تعادل کشتی نیز صادق است و چنانچه مرکز شناوری یک کشتی به جای نقطه اتکا در نظر گرفته شود نقطه G و نقطه B باید در امتداد عمود روی یک خط قرار داشته باشند تا کشتی به حالت تعادل قرار گیرد. در موقع بارگیری یا تخلیه یک کشتی با صرف دقت لازم چنانچه کشتی در تمام طول عملیات بارگیری و تخلیه به حالت عادی و بدون تمایل در جهتی قرار بگیرد، نقطه G و B را در این صورت در امتداد یکدیگر و با هم برابر خواهند بود. اگر در این وضعیت محموله یا نیروی به کشتی وارد شود به نحوی که کشتی را از حالت عادی به یکسو متمایل سازد. عکس العمل کشتی پس از متمایل شدن نشانرگ وضعیت تعادل کشتی خواهد بود. وضعیت یا حالت تعادل کشتی به سه صورت تعادل پایدار تعادل ناپایدار و تعادل بی تفاوت تعریف می شود.

دراشکال زیر که نماینگر یک کشتی که توسط نیروی خارج از آن (نیروی امواج) به یک سو متمایل شده است می باشند و در هر مورد مرکز شناوری نقطه B به B1 تغییر مکان داده و همیشه در قسمتی از کشتی قرار می گیرد که در سمت پائینتر است. نیروی جاذبه در امتداد عمود در جهت پائین از نقطه G وارد می شود (در جهت GY) و از آن جاییکه وزنه ای به کشتی اضافه نشده در نتیجه نقطه G تغییر مکان نخواهد داشت. نیروی شناوری در امتداد عمود در جهت بالا از مرکز شناوری جدید در جهت (B1X) اثر می گذارد. این دو نیرو تشکیل یک زوج نیرو را دارد و بسته به وضعیت قرار گرفتن G و B حالت تعادل یک کشتی را توجه می نمایند.
اهرم اصلاحی GZ
در اشکال زیر, خط افقی GZ عمود بر B1 X رسم شده است. این فاصله عمود بین و امتداد جهت تأثیر نیروی شناوری اهرم اصلاحی نامیده می شود که در دو انتهای آن نیروی شناوری و جاذبه اثر کرده و تشکیل یک زوج نیرو را می دهند. همان طوری که در شکل دیده می شود. زمانی که GZ در قسمت فروکش کشتی باشد جهت تأثیر نیروی شناوری و جاذبه به ترتیبی است که کشتی را بیشتر متمایل کرده و چنان چه اگر نقطه G و B1 در یک امتداد باشند GZ و زوج نیرو تشکیل نخواهد شد.

نقطه مجازی M
محل تقاطع امتداد نیروی شناوری (B1 X) و خط منصف کشتی نقطه M نامیده شده است. با متمایل شدن یک کشتی تا زاویه ۱۰ درجه یا حد اکثر ۱۵ درجه، تغییر مکان مرکز شناوری ناچیز خواهد بود و نقطه M نقطه مجازی یا METACENTER نامیده می شود.
با افزایش زاویه تمایل، نقطه B بیشتر و سریعتر تغییر مکان داده و این امر باعث بالا رفتن نقطه M می شود و به این ترتیب نقطه M ثابت به حساب نمی آید و تحت این شرایط به آن (PRO-METECENTER) گفته می شود. این نقطه با هر تغییر مکان B تغییر کرده و حتی برخی موارد روی خط منصف کشتی نخواهد بود، در نتیجه جهت محاسبه مسائل تعادل کشتی کاربردی ندارد.
ارتفاع مجازی نقطه GM-M
فاصله بین نقطه مجازی و گرانیگاه کشتی ارتفاع مجازی نقطه M نامیده می شود. بین اهرم اصلاحی GZ و ارتفاع مجازی نقطه GM رابطه ای مشخص موجود می باشد که در حل مسائل تعادل کشتی با زاویه تمایل حداکثر ۱۵ درجه مورد استفاده دارد. GM زمانی مثبت است که نقطه G در پائین نقطه مجازی M باشد و GM زمانی منفی است که نقطه G بالای نقطه مجازی M قرار گیرد.
نتیجه
الف حالت تعادل پایدار: یک کشتی زمانی از حالت تعادل پایدار برخوردار است که در صورت متمایل شدن به یک جهت خود به خود به حالت اولیه باز گردد.

جهت دانلود متن کامل این پایان نامه به سایت abisho.ir مراجعه نمایید.

در ازاء زوایای کوچک تمایل GM از مقداری مثبت برخوردار است.

در ازاء هر زاویه تمایل اهرم اصلاحی GZ در قسمت فروکش کشتی قرار دارد.

ب حالت تعادل ناپایدار: یک کشتی زمانی در حالت تعادل ناپیدار قرار می گیرد که در صورت متمایل شد به یک جت خود به خود قابلیت بازگشت به حالت اولیه را نداشته باشد و میزان تمایل به آن جهت نیز بیشتر شود. در چنین حالتی مشخص شده است.

در ازاء زوایای کوچک تمایل GM از مقداری منفی برخوردار است.

در ازاء هر زاویه تمایل اهرم اصلاحی GZ در قسمت بالاکش کشتی قرار دارد.

واژگون شدن یک کشتی که در حالت تعادل ناپایدار است امری حتمی نمی باشد چرا که در اثر متمایل شدن بیشتر، مرکز شناوری نقطه B بیشتر به طرف بیرون تغییر مکان داده و چه بسا تحت شرایطی زیر نقطه G قرار گرفته و کشتی در چنین وضعیتی حالت تعادل بی تفاوت را به خود بگیرد.
ج حالت تعادل بی تفاوت: یک کشتی زمانی از حالت تعادل بی تفاوت برخوردار است که در صورت متمایل شدن به یک جهت میل بازگشت به حالت اولیه و یا بیشتر متمایل شدن را نداشته باشد با توجه به حالت تعادل بی تفاوت زمانی ایجاد می شود که نقاط G و M بر هم منطق بوده و در نتیجه مقدار GM و GZ صفر باشد. (DERRETT, D.R. 1990 : 27)
عوامل اثر در تعادل ساکن
الف: مکان گرانیگاه کشتی
ب: نحوه ی ساختمان کشتی
دو مورد فوق عوامل اصلی اثر در تعادل ساکن کشتی هستند. مکان گرانیگاه کشتی بستگی به وضعیت بارگیری کالا و سایر محمولات در کشتی داشته و این نقطه از عوامل اصلی مشخص کننده طول اهرم اصلی GZ است. نحوه ساختمان کشتی در موقعیت مکان مرکز شناوری اثر داشته و عامل اصلی شکل قطعات فروکش و بالا کش کشتی در حالت متمایل می باشد. نحوه ساختمان کشتی نشان دهند تغییر مکان مرکز شناوری بوده و در نتیجه طول اهرم اصلاحی GZ و موقعیت نقطه مجازی M و نهایتا GM به آن بستگی کامل دارد. جهت درک بهتر عوامل اثر در تعادل ساکن پنج مورد ذیل مورد مقایسه قرار می گیرد.

منحنی A در مورد یک کشتی رسم شده که ۱۶۰ متر طول و ۲۰ متر عرض، ۸ متر آبخور، ۳ متر مقدار بیرون از آب و ۷KG متر دارد. حداکثر گشتاور اصلاحی این کشتی ۱۱۶۰۰ تن بر متر بوده که در زاویه ی تمایل ۲۳ درجه بروز می نماید و دامنه ی تعادل این کشتی در این شرایط ۵۸ درجه است.
منحنی B نشانگر اثر افزایش مقدار بیرون از آب به مقدار دو متر است و سایر مشخصات یکسان باقی مانده است. دو منحنی A و B تا مقداری با هم یکسان هستند اما در اثر افزایش مقدار بیرون از آب، حداکثر گشتاور اصلاحی به ۲۷۵۰۰ تن برمتر که در زاویه تمایل ۴۸ درجه به روز می نماید ازدیاد پیدا می کند. دامنه ی تعادل با این وضع به ۸۱ درجه افزایش پیدا کرده است.
منحنی C نماینگر وضعتی است که عرض کشتی به مقدار ۲ متر افزایش یافته و سایر شرایط با حالت منحنی A یکسان است. با افزایش عرض به مقدار ۲ متر حداکثر گشتاور اصلاحی به ۲۵۰۰۰ تن بر متر که در زاویه ی تمایل ۲۵ درجه به روز می نماید می رسد. دامنه تعادل در این حالت با مقایسه با منحنی A به ۶۸ درجه افزایش پیدا کرده است.
تعادل طولی – تعاریف
در این بخش به مطالعه درباره وضعیت تعادل طولی کشتی خواهیم پرداخت.
الف: گرانیگاه G و مرکز شناوری B اجبارا در میانه کشتی قرار ندارند و ممکن است در فاصله ای از خط میانه به سمت سینه یا پاشنه کشتی قرار داشته باشند.
ب: نقطه شناوری F گرانیگاه صفحه مقطع تماس با آب کشتی است و نقطه ای ایست که کشتی در حول آن در محور طولی و عرضی غلت می زند. (متمایل شدن کشتی در جهت عرضی به سمت راست و چپ متمایل شدن کشتی در جهت طولی به سمت سینه و یا پاشنه) در یک مکعب مستطیل نقطه F همیشه منطبق بر خط میان مکعب مستطیل است و حال آن که در یک کشتی ممکن است با کمی فاصله از گرانیگاه و مرکز شناوری کشتی به سمت سینه و یا پاشنه قرار داشته باشد. مکان نقطه ی F در محول طولی کشتی در اثر تغییر آبخور و TRIM تغییر می یابد و برخی اوقات به آن TIPPING CENTERE هم گفته می شود.
ج: M1 – نقطه ی مجازی در تعادل طولی این نقطه به طور کلی با نقطه ی مجازی در مبحث تعادل ساکن ترا گذر فرق داشته و بهمان روش محاسبه می گردد و تابع همان اصول و معادلات است.
د: GML– ارتفاع نقطه ی مجازی در تعادل طولی طول GML همیشه به اندازه کافی بزرگ است و گاهی اوقات به بیش از صد متر می رسد. چنانچه گرانیگاه (نقطه ی G) مفروض نباشد مقدار BML را می توان مورد استفاده قرار داد و اختلاف ناشی از این امر در عمل بسیار ناچیز است.
ه: آبخور فاصله ی عمودی بین تیرته کشتی و خط سطح آب، آبخور یا آب نشین گفته می شود آب خور در امتداد خط عمود پاشنه و خط عمود سینه و خط عمود میانه کشتی علامت گذاری می شود.
و: میانگین آبخور
میانگین آبخور =
ز: (T.P.C) تن در ازاء یک سانتیمتر فروکش مقدار روزن (تن) مورد نیاز جهت پائین یا بالا رفتن کشتی در آب به مقدار یک سانتیمتر (T.P.C) گفته می شود.
تریم TRIM
TIRM تمایل طولی یک کشتی است، تمایل عرضی یک کشتی تحت نام زاویه تمایل آورده می شود و مقدار آن به درجه است در صورتیکه TRIM اختلاف آبخور سینه و پاشنه کشتی است. اگر آبخور سینه از آبخور پاشنه بیشتر باشد کشتی اصطلاحا متمایل به سینه است. اگر آبخور پاشنه از آبخور سینه بیشتر باشد کشتی اصطلاحا متمایل به پاشنه است اگر آبخور پاشنه و سینه با هم برابر باشند کشتی اصطلاحا در حالت افقی خواهد بود. در مقایسه با محاسبات تعادل ساکن ترا گذار (تعادل عرضی) محاسبات تعادل طولی به مراتب ساده تر است. قبلا گفته شد که کشتی در حول نقطه شناوری رد محور طولی و عرضی غلت می زند و در وضعیت راستا (حالت عادی بدون تمایل) گرانیگاه G، مرکز شناوری B و نقطه شناوری F در امتداد عمود در یک خط قرار دارند. در تعادل طولی هیچیک از این نقاط الزاما روی خط منصف واقع نمی شوند و اگر چنان چه نقاط G و B در یک امتداد باشند نقطه ی شناوری F به ندرت در امتداد نقاط G و B قرار می گیرد.

تغییر آبخور در اثر تغییر TRIM