Тема относится к любому судну, хоть парусному хоть моторному любых размеров. Но пример - парусный, подходящий радел (по теории корабля?) не нашел.

 

Вопрос к коллегам, сведущим в проектировании судов и теории.
Замечал, что моя лодочка сильно любит покачаться. На ходу паруса стабилизируют, а вот допустим тихая якорная стоянка, зеркало - и где-то прошел катер. Как волна дошла, форменное безобразие, чуть ли не со стола что-то может улететь. Или в марине, заходит небольшая волна - моя мачта качается явно сильнее чем у соседей.  Думал просто из-за меньшей величины лодки.
К дальнейшему - Sunwind 20 имеет киль 600 кг при расчетном водоизмещении 1500 (у меня полагаю около 1300).

И тут читаю Конрада, "Зеркало морей". Будучи помощником, он руководил погрузкой и постарался разместить тяжелые грузы пониже. Кто бы так не сделал!
И вот...

...
     Капитан  предсказал   верно.   На  пути  из  Амстердама  в  Семаранг  с
разнофрахтовым грузом, из которого - увы!  - лишь  одна треть по весу была
уложена "под бимсами", у нас было чем поразвлечься, но нерадостные  то  были
развлечения.
...На этот раз вся беда была в том, что из-за моей системы загрузки судно оказалось слишком остойчивым.
     Никогда, ни до, ни после этого  рейса, ни на одном судне, на  котором я
плавал, я  не испытывал такой  резкой  и сильной бортовой  качки. Стоило  ей
начаться, и  нам казалось,  что  она  никогда  не прекратится. Это  ощущение
безнадежности,  обычное  во время плавания на судне, где центр тяжести из-за
нагрузки переместился слишком низко, утомляло нас всех  до такой степени, что
мы  едва  держались  на  ногах. ... Бывали дни, когда  даже  на стойках с  углублениями  посуда не могла  устоять  и во всяком  положении  тело  испытывало постоянное  напряжение  мускулов.  Судно качалось,  качалось  ужасными, сбивающими с ног толчками.
...
     Капитан,  мрачный,  сидел в своем  кресле  во  главе  обеденною  стола,
наблюдая,  как  ваза  с  супом  летела  в  один угол  каюты, а  буфетчик  на
четвереньках ползал в другом углу,-- и говорил, глядя на меня:
     -- Вот вам и  ваша "треть над бимсами"! Одно меня  удивляет  -- как это
рангоуты еще держатся?

Речь об одном и том же судне, в ся разница в укладке груза!

Вот и вопрос - почему высокая остойчивость усиливает бортовую качку?
Шарить по сети сейчас несподручно, так может знающий коллега скажет: - известное дело, почитай в таком-то учебнике, есть такой-то критерий.
 

Сообщение отредактировал Григорий Ш.: 09 августа 2018 - 09:31

А.Н.Крылов, если склероз не изменяет, выразился примерно так: "Метацентрическая высота это та рукоятка, за которую волны раскачивают корабль". Это образное выражение тем справедливее, чем ближе (кажущийся) период волнения к периоду собственных бортовых колебаний судна. Паруса и длинный фальшкиль являются демпферами, без парусов демпфировать будут только киль и перо руля, и если киль плавниковый, а остойчивость большая, то бортовая качка на короткой волне будет сильной. Залезайте на мачту, повыше, тогда качка будет меньше.

Как известно, амплитуда колебаний резко возрастает, когда частота возмущающей силы (волнения) приближается к собственной частоте. 

Если одиночная волна просто накренила судно, то оно будет качаться с собственной частотой.

 

Зависимость же собственной частоты от остойчивости судна выражается следующим уравнением: https://studfiles.ne.../img-b5w2wf.png

Где D - водоизмещение судна, h₀ - метацентрическая высота, J_x - момент инерции судна относительно продольной оси, лямбда44 - присоединенная масса.

То есть при увеличении остойчивости у нас собственная частота вырастает пропорционально корню квадратному, а резонанс смещается в сторону более высоких частот.

 

Поэтому да, если начальная остойчивость увеличивается, то и качка становится более резкой.

 

Пример из жизни: на Л6 после столкновения с другой яхтой сложили мачту. В следствии чего остойчивость резко возросла (300 кг переместилось на 7 метров вниз). Было это в районе острова Мощный, дул восточный ветер и разогнал приличную волну. Возвращались в Петербург на буксире против волны. Качка была очень резкая.

 

У Вас же 40% водоизмещения - это балласт, то есть ЦТ довольно низко расположен, вот и выходит, что собственная частота высокая, правда как и у всех остальных яхт. Яхты в марине качаются примерно с одинаковой частотой, но маленькие качаются с большей амплитудой.

Если упростить, то пришедшая волна отклоняет все яхты с каким-то кренящем моментом (для всех яхт он одинаков), но Ваша яхта накреняется больше, так как по абсолютной величине восстанавливающий момент Вашей яхты меньше, так как она сама меньше. 

Образно говоря, при большой остойчивости (слишком большой) судно "успевает" отрабатывать все изменения водной поверхности. При маленькой остойчивости судно "не успевает" их отрабатывать, реагирует на волну медленнее, в результате чего периоды как бы гасят друг друга.

Аналогия на чистой воде. Если отклоните судно, то при большой остойчивости она очень быстро вернется в первоначальное положение, но при этом будет резкая качка с малым периодом. При малой остойчивости судно будет возвращаться медленно, качка будет плавная, с большим периодом.

 Как волна дошла, форменное безобразие, чуть ли не со стола что-то может улететь. Или в марине, заходит небольшая волна - моя мачта качается явно сильнее чем у соседей.  Думал просто из-за меньшей величины лодки.

 

мне кажется, тут речь про амплитуду (т.е. большой размах с борта на борт при волнении на стоянке), а вот далее пример - про период, т.е. частоту колебаний.

это таки две разные вещи 

 

т.е. вопрос на самом деле не почему так резко качает, а почему валяет с борта на борт! 

...
У Вас же 40% водоизмещения - это балласт, то есть ЦТ довольно низко расположен, вот и выходит, что собственная частота высокая, правда как и у всех остальных яхт. Яхты в марине качаются примерно с одинаковой частотой, но маленькие качаются с большей амплитудой.

Это не верно в общем случае. Если волна в марине совсем короткая, так что средний период волны оказывается меньше периода собственных колебаний "больших" яхт, но близок к собственному периоду "маленьких", то амплитуда качки маленьких будет больше. Если же в марину попадают остатки зыби с большим периодом, близким к периоду собственных колебаний "больших", то будет ровно наоборот. Но обычно да, в марину попадают уже "осколки" волнения, отражаются от берега, стенок, поэтому преобладает высокочастотная составляющая.

Если упростить, то пришедшая волна отклоняет все яхты с каким-то кренящем моментом (для всех яхт он одинаков), но Ваша яхта накреняется больше, так как по абсолютной величине восстанавливающий момент Вашей яхты меньше, так как она сама меньше.

Не надо так упрощать, это неверно по сути. Кренящий момент от волны зависит, грубо говоря, от соотношения размеров волны и размеров миделевого сечения подводной части, и конечно он будет разным у разных яхт. И как уже говорилось, яхты с большей "по абсолютной величине" остойчивостью очень даже могут качаться сильнее, чем с остойчивостью меньшей. В "гидростатической" постановке вы правильного решения не найдёте.

Вот и вопрос - почему высокая остойчивость усиливает бортовую качку?
Шарить по сети сейчас несподручно, так может знающий коллега скажет: - известное дело, почитай в таком-то учебнике, есть такой-то критерий.
 

 "Метацентрическая высота это та рукоятка, за которую волны раскачивают корабль" 

 

С увеличением метацентрической высоты растёт остойчивость судна. При той же возмущающей силе, естественно, растёт и кренящий момент воздействующий на корпус судна. Следствие - при той же волне (возмущающей силе) качка более резкая. 

Теория справедлива как для большого корабля, так и для лодки.

Больше метацентрическая высота - больше остойчивость, сильнее качка.

Именно для уменьшения излишней метацентрической высоты существует конструкция твиндечных судов.

Приходилось работать на твиндечном стареньком теплоходе голландской постройки "Немирович-Данченко", очень моряки его любили - в океане и в свежую погодку шел "как стопочка" ( так уж благодарные морякухи выражались...   ).  

Сообщение отредактировал Best device: 09 августа 2018 - 12:55

Удар в середину хорошего боксёрского мешка вызывает отклонение всего мешка. У дешевых боксёрских мешков со временем тяжелая насыпка смещается вниз и удар в середину не страгивает низ, зато лёгкий верх просто "летает".

Образно говоря, при большой остойчивости (слишком большой) судно "успевает" отрабатывать все изменения водной поверхности.

Представьте, что по воде идёт ветровая рябь, с малой амплитудой, но с периодом в полсекунды. А теперь представьте, что судно с большой остойчивостью отрабатывает эти изменения водной поверхности, то есть трясётся с тем же периодом в полсекунды. Ну бред же. Ясно, что судно или не будет крениться, или будет слегка крениться в ту и другую сторону с периодом собственных колебаний.
Любое судно, с хоть какой остойчивостью, будет успевать отрабатывать изменения водной поверхности, если волна длинная, скажем, длиннее, чем 10 ширин судна. В этом случае угол крена судна будет просто отслеживать угол волнового склона, то есть будет ему равен, повторяю, независимо от того, какая у судна остойчивость.

При маленькой остойчивости судно "не успевает" их отрабатывать, реагирует на волну медленнее, в результате чего периоды как бы гасят друг друга.

Вот когда период волны примерно равен периоду собственных колебаний судна, то ситуация может быть троякая:
- периоды волны и собственных колебаний судна совпадают, при этом амплитуда колебаний судна максимальная и может превышать амплитуду угла волнового склона в разы;
- период волны больше периода собственных колебаний судна, амплитуда бортовых колебаний больше амплитуды угла волнового склона, но это превышение уменьшается, по мере того как растёт разница в периодах, постепенно амплитуда крена сравнивается с углом волнового склона для длинных волн;
- период волны меньше периода собственных колебаний судна, амплитуда крена быстро уменьшается до 0 на коротких волнах.

Аналогия на чистой воде. Если отклоните судно, то при большой остойчивости она очень быстро вернется в первоначальное положение, но при этом будет резкая качка с малым периодом. При малой остойчивости судно будет возвращаться медленно, качка будет плавная, с большим периодом.

На чистой воде - да. А на волне "плавность" качки зависит не от остойчивости, а от соотношения между периодом собственных колебаний и периодом волнения.

Представьте, что по воде идёт ветровая рябь, с малой амплитудой, но с периодом в полсекунды. А теперь представьте, что судно с большой остойчивостью отрабатывает эти изменения водной поверхности, то есть трясётся с тем же периодом в полсекунды. .......

 

Никуда оно не "трясется"....  всегда слегка забавляло, когда в шторм на Балтике волны бьются об форштевень и гроздья брызг летят в остекление мостика, а приличный парахед идёт себе полняком "как скала", ни малейшей качки... .

Вот на СТБушке точно в тех же условиях - "голова-жопа-ноги...".

Сообщение отредактировал Best device: 09 августа 2018 - 13:17

выходит, на попутной волне валяет больше, если остойчивость выше, так что ли? 

 

ЗЫ предлагаю разделить остойчивость формы и остойчивость массы - ведь на волне они работают в разныестороны, противодействуюя друг другу. поэтому говорить просто про остойчивость - несовсем корректно, путаница уже возникла.

При изменении остойчивости (метацентрической высоты) меняется и частота собственных колебаний. Ну и дальше все рассуждения, которые были выше, про частоту волны.

Но сравнивать надо не разные лодки, а одну и ту же лодку с разной метацентрической высотой.

Образно говоря, при большой остойчивости (слишком большой) судно "успевает" отрабатывать все изменения водной поверхности. При маленькой остойчивости судно "не успевает" их отрабатывать, реагирует на волну медленнее, в результате чего периоды как бы гасят друг друга.

Будет ли судно успевать или не успевать "отрабатывать" волнение зависит больше не от остойчивости, а от момента инерции. 

Будет ли судно успевать или не успевать "отрабатывать" волнение зависит больше не от остойчивости, а от момента инерции. 

От момента инерции ВАТЕРЛИНИИ. А ватерлиния не изменяется при изменении метацентра.

Всё сводится к частоте собственных колебаний.

От момента инерции ВАТЕРЛИНИИ. А ватерлиния не изменяется при изменении метацентра.

Всё сводится к частоте собственных колебаний.

Нет, от момента инерции судна относительно продольной оси. И присоединённого момента инерции воды, возникающего при ускоренном движении (вращении) относительно продольной оси судна. Момент инерции будет меняться при изменении метацентрической высоты, так как двигая подвижный груз выше или ниже, мы меняем и момент инерции судна.

От момента инерции ВАТЕРЛИНИИ. А ватерлиния не изменяется при изменении метацентра.

Всё сводится к частоте собственных колебаний.

При чём здесь момент инерции ватерлинии? Он учтён уже в остойчивости. Как раз момент инерции судна относительно продольной оси, если говорим о бортовой качке.

А так, конечно тяжело поспорить, что сводится к собственной частоте. Только она зависит не только от остойчивости, но и от массы (водоизмещение), распределения нагрузки (вышеупомянутый момент инерции), геометрии и направления движения (присоединенная масса).

Сообщение отредактировал Toni Basilio: 09 августа 2018 - 15:45

Вообще-то формула

довольно лукавая, поскольку предполагает только колебательное вращение вокруг продольной оси, точнее, вокруг центральной (проходящей через ЦТ) продольной оси некого тела. Момент инерции самого судна при этом определить труда не составляет. А вот с присоединённым моментом инерции сложнее, так как, во-первых, его величина зависит от частоты колебаний, а, во-вторых, непонятно относительно какой центральной оси его высчитывать. Бортовая качка сопровождается, кроме вращения, ещё и линейными колебаниями, поперечно-горизонтальными и вертикальными, и мгновенная ось вращения меняет своё положение в процессе одного колебания. Короче, период (или частоту) собственных колебаний яхты гораздо проще и точнее определить из натурного эксперимента, нежели доверяться приближённой формуле.

Вообще-то формула

...

довольно лукавая, поскольку предполагает только колебательное вращение вокруг продольной оси, точнее, вокруг центральной (проходящей через ЦТ) продольной оси некого тела. Момент инерции самого судна при этом определить труда не составляет. А вот с присоединённым моментом инерции сложнее, так как, во-первых, его величина зависит от частоты колебаний, а, во-вторых, непонятно относительно какой центральной оси его высчитывать. Бортовая качка сопровождается, кроме вращения, ещё и линейными колебаниями, поперечно-горизонтальными и вертикальными, и мгновенная ось вращения меняет своё положение в процессе одного колебания. Короче, период (или частоту) собственных колебаний яхты гораздо проще и точнее определить из натурного эксперимента, нежели доверяться приближённой формуле.

Так я её приводил в виде ссылки.

Можно вспомнить, что яхта при накренении ещё и получает диффирент ввиду несимметричности относительно миделя и отсутствия цилиндрической вставки. В итоге мы получим все шесть видов качки, что рассчитать вообще не представляется реальным.

Но мы же говорим не о конкретных числах. Поэтому Для качественного представления можно на эту формулу и посмотреть.

Хрень все эти ваши формУлы и ссылки.

"Процесс" достаточно сложен и состоит из сотен факторов и деталей, так примитивно не постигаемых.

Лишь настоящий "морятский глаз" - сиречь хорошее специальное образование и многолетний опыт (т.е. не только большой индивидуальный, но многостолетний поколений мореходов, органично впитанный...) - тогда да... - глянул на обводы корпуса и уже понимаешь, чего от него ждать. ИМХО

Так я её приводил в виде ссылки.

Можно вспомнить, что яхта при накренении ещё и получает диффирент ввиду несимметричности относительно миделя и отсутствия цилиндрической вставки. В итоге мы получим все шесть видов качки, что рассчитать вообще не представляется реальным.

Но мы же говорим не о конкретных числах. Поэтому Для качественного представления можно на эту формулу и посмотреть.

Безусловно, для понимания того, от чего зависит частота собственных колебаний, формула полезная.

Хрень все эти ваши формУлы и ссылки.

"Процесс" достаточно сложен и состоит из сотен факторов и деталей, так примитивно не постигаемых.

Лишь настоящий "морятский глаз" - сиречь хорошее специальное образование и многолетний опыт (т.е. не только большой индивидуальный, но многостолетний поколений мореходов, органично впитанный...) - тогда да... - глянул на обводы корпуса и уже понимаешь, чего от него ждать. ИМХО

Ну да, ну да... Многостолетний опыт, органично впитанный с материнским молоком и ... всё понимаешь. Только сказать не можешь.

Хрень все эти ваши формУлы и ссылки.

Лишь настоящий "морятский глаз" - сиречь хорошее специальное образование и многолетний опыт 

"Чего тут думать, трясти надо!" 

А поскольку специальное образование не научило разбираться в формулах, то моргаем "морятским глазом" и посылаем формулы по ссылкам. С глаза долой.

Трясем дальше! 

погодите, метацентричская высота - она же считается для ровного киля, +-10 градусов. А когда яхту сильно качает - то валяет её гораздо сильнее, с борта на борт, при этом метацентр тоже ведь начинает гулять. и зависит это от формы корпуса - следовательно качка зависит не только от метацентра как такового, но и от обводов тоже! при одном и том же матацентре у разных яхт качку может быть совершенно разная (даже если не учитывать присоединенные массы)

Метацентрическая высота считается, например, в диаграмме статической остойчивости, для любого угла крена, вплоть до 180°. Но при условии статики, то есть гладкой воды, без всяких волн. А когда яхту качает, даже не сильно, считать её бессмысленно, так как при качке статика отсутствует и метацентрическая высота в этих условиях есть понятие неопределённое.

В формуле для собственной частоты колебаний стоит начальная (то есть при 0°) метацентрическая высота, вычисленная для условий статики. Формула эта приближённая, но она даёт оценку частоты (или периода) колебаний судна малой амплитуды на гладкой (изначально) воде. Наверняка период собственных колебаний большой амплитуды будет несколько иным, но пока никто не придумал способа его измерить. Перед испытаниями модели судна в бассейне (на качку) её тарируют, в том числе определяют этот период несколько раз: закренивают модель на гладкой воде, включают секундомер и отпускают. Модель (обычного судна) совершает 3-4, редко 5-6 колебаний уменьшающейся амплитуды, вода при этом, естественно уже не гладкая. По результатам этой тарировки находят (средний) период собственных колебаний и заодно определяют коэффициент затухания - характеристику демпфирования. Яхта с длинным килём вряд ли совершит более двух колебаний - слишком сильно демпфирования из-за киля, но сделать оценку собственного периода всё равно можно. И эта, определённая приближённо, оценка периода собственных колебаний даст нам гораздо больше информации о бортовой качке, чем водоизмещение и остойчивость, которые сами по себе о качке нам ничего не скажут.

Качка зависит не только от метацентра, как такового, вы правы. И даже не только от метацентра и обводов. Она ещё зависит от такой "мелочи", как характер волнения, то есть длина, её высота, направление фронта волны, а также ориентация судна по отношению к этому фронту и скорость его (судна) движения. А с учётом того, что волнение всегда нерегулярное и трёхмерное - и ещё от некоторых факторов. Поэтому рассчитывать, что мы можем оценить, какова будет качка, зная только статические характеристики судна вроде его остойчивости, наивно. Хотя и хочется.

погодите, метацентричская высота - она же считается для ровного киля, +-10 градусов. А когда яхту сильно качает - то валяет её гораздо сильнее, с борта на борт, при этом метацентр тоже ведь начинает гулять. и зависит это от формы корпуса - следовательно качка зависит не только от метацентра как такового, но и от обводов тоже! при одном и том же матацентре у разных яхт качку может быть совершенно разная (даже если не учитывать присоединенные массы)

Так выше же писалось, что при расчёте частоты собственных колебаний форма корпуса учитывается в присоединенных массах (лямбда 44). Зачем упираться в одну МЦВ?))

До этого момента мы говорили о линейной качке. Если хочешь учесть нелинейность восстанавливающего момента, то для этого есть нелинейная качка, есть методы расчёта. Но это уже совсем другая история