Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Попадание жидкости о стену в контейнере вызовет хлюпание.

Эффект свободной поверхности - это механизм, который может привести к нестабильности и опрокидыванию гидроцикла . [1]

Это относится к тенденции жидкостей - и несвязанных агрегатов мелких твердых предметов, таких как семена, гравий или дробленая руда, поведение которых приближается к поведению жидкостей, - двигаться в ответ на изменения положения грузовых трюмов, палуб и т. Д. или резервуары с жидкостью в ответ на движения, вызываемые оператором (или состояние моря, вызванное волнами и ветром, действующими на судно). Что касается эффекта свободной поверхности , то состояние неполного резервуара описывается как «слабый резервуар», в то время как полный резервуар «сдавливается». [2]

Стабильность и равновесие [ править ]

На нормально загруженном судне любому перекату с перпендикуляра противодействует восстанавливающий момент, создаваемый увеличенным объемом воды, вытесняемой корпусом на опущенной стороне. Это предполагает, что центр тяжести судна относительно постоянен. Если движущаяся масса внутри сосуда движется в направлении вращения, это противодействует эффекту стабилизации, перемещая центр тяжести в сторону опущенной стороны. Эффект свободной поверхности может стать проблемой на судне с большими частично заполненными навалочными грузовыми отсеками, топливными баками или цистернами для воды (особенно если они охватывают всю ширину судна) или из-за случайного затопления, например, которое произошло в нескольких авариях. включая паромы на роликах / скатывании .

Если отсек или бак пуст или полон, центр масс аппарата не меняется при его крене из стороны в сторону (при сильном ветре, сильном волнении, резких движениях или поворотах). Однако, если отсек заполнен только частично, жидкость в отсеке будет реагировать на подъем, тангаж, крен, помпаж, раскачивание или рыскание судна . Например, когда судно катится к левому борту, жидкость перемещается к левому краю отсека, и это перемещает центр масс судна в левый. Это замедляет возвращение судна в вертикальное положение.

Импульс больших объемов движущихся жидкостей вызывают значительные динамические силы, которые действуют против эффекта выпрямления. Когда сосуд возвращается в вертикальное положение, вращение продолжается, и эффект повторяется на противоположной стороне. При сильном волнении это может превратиться в петлю положительной обратной связи , в результате чего каждый бросок становится все более и более экстремальным, в конечном итоге преодолевая эффект выравнивания, приводящий к опрокидыванию. Хотя повторяющиеся колебания увеличивающейся величины обычно связаны с эффектом свободной поверхности, они не являются необходимым условием. Например, как в случае с SS  Normandie, так и с MS  al-Salam Boccaccio 98, постепенное скопление воды от тушения пожара привело к опрокидыванию одного непрерывного рулона.

Смягчение [ править ]

Чтобы уменьшить эту опасность, грузовые суда используют несколько меньших отсеков для наливных грузов или цистерн для жидкости вместо меньшего количества больших и, возможно, перегородки в отсеках для наливных грузов или цистернах для жидкости, чтобы минимизировать влияние свободной поверхности на судно в целом. Сохранение отдельных отсеков для сыпучих материалов или резервуаров для жидкости относительно пустыми или полными - еще один способ минимизировать эффект и сопутствующие проблемы. Гидравлические танкеры используют воду для вытеснения более легкого масла, чтобы бак всегда был заполнен. [3] Цистерны или отсеки, которые не перекрывают осевую линию судна, несколько менее подвержены дестабилизирующим колебаниям. Точно так же узкие отсеки (выровнены носом к корме) и отсеки на крайних точках от средней линии менее склонны вызывать нестабильность.

Исторические примеры [ править ]

Затопление, утечка жидкого груза или непреднамеренная вода (из-за осадков, волн или повреждения корпуса) в любых отсеках или на любых палубах плавсредств и возникающий в результате эффект свободной поверхности часто являются причиной аварий, опрокидывания и несчастных случаев, например, потери из TEV  Wahine (Веллингтон, Новая Зеландия, апрель 1968 г.), MS  Herald of Free Enterprise (Зебрюгге, Бельгия, март 1987 г.) и MS  Estonia (Балтийское море, сентябрь 1994 г.). В случае парома RORO al-Salam Boccaccio 98 (Красное море, февраль 2006 г.) неправильные меры пожаротушения вызвали наводнение, которое непосредственно привело к нестабильности и опрокидыванию. В обоих случаях Аль-Салам Боккаччо 98 иCosta Concordia , серьезное кренование последовало сразу после того, как судно претерпело резкий поворот, в результате чего нестабильные объемы воды (в результате повреждения в результате столкновения в последнем) хлынули с одной стороны корабля на другую.

Воздействие на землю и самолет [ править ]

Свободный поверхностный эффект может повлиять на любые летательные аппараты, в том числе плавсредства (где это наиболее распространенный), сыпучих грузов или жидкого танкера полуприцепы и грузовые автомобили ( в результате чего либо Jackknifing или ролл-кадром) и самолетов (особенно противопожарного водо- капельницы и заправочные цистерны, где перегородки смягчают, но не устраняют эффекты). Термин «эффект свободной поверхности» подразумевает жидкость под действием силы тяжести. Слюнявая динамика это всеобъемлющая область, которая охватывает как эффекты свободной поверхности, так и ситуации, такие как космические аппараты, где гравитация несущественна, но инерция и импульс взаимодействуют со сложной механикой жидкости, вызывая нестабильность аппарата.

См. Также [ править ]

  • Метацентрическая высота
  • Слюнявая динамика

Ссылки [ править ]

  1. ^ Э. Льюис, редактор, Принципы военно-морской архитектуры, 2-й. Rev., 1988 (Общество корабельных архитекторов и морских инженеров), стр. 93ff
  2. ^ Морское руководство по инспекции судов.
  3. ^ Моррелл, Роберт В. (1931). Нефтяные танкеры (Второе изд.). Нью-Йорк: Издательство Simmons-Boardman. С. 305 и 306.

Внешние ссылки [ править ]

  • Обсуждение эффекта свободной поверхности на сайте Transport Canada. Ссылка обновлена ​​15.02.2011.
  • Возможные причины крушения парома
  • Морское руководство по инспекции судов.
  • Мир морского инженера - анимация, иллюстрирующая влияние геометрии отсека на эффект свободной поверхности