Hajomakett.hu - Vitorlás, hajó, makett

2. A hajók úszása, stabilitása és lengéseiA hajók úszásával, stabilitásával és lengéseivel összefüggő kérdések elméleti megoldása a legfontosabb a hajó biztonsága szempontjából.Ezen kérdések elégtelen ismerete vagy lebecsülése nem egy tragédiához vezetett, emberéletek és anyagi károk formájában.2.1. A hajók vízre bocsátása, merülő lengései és úszásaA vízrebocsátás egyszerűbb esetei és ezzel elválaszthatatlanul összefüggő merülő lengések és a csillapítást követően beálló statikus úszáshelyzet kérdése, a hajó súlypontjának függőleges irányú (z) elmozdulásához vezet és ezért először vizsgáljuk meg ezt a mozgást.Az VII. fejezetből ismert mozgásegyenlet a következő1) * Első lépésben, ha a z generalizált magassági koordináta ismert, akkor a hajó G tömegközéppontjának helyzete a z tengelyen meg van határozva (q=z). * Második lépésben a mechanikai rendszer kinetikus energiáját fejezzük ki.(2) * A harmadik lépésben a z koordinátához tartozó erő komponensek az mg súlyerő és a r gV felhajtó erők (statikus) lesznek3)Ha elvégezzük az előírt differenciálásokat és behelyettesítünk az (1)-be a következő egyenletet kapjuk4)A (4)-es a hajó (z irányú Lagrange-féle) mozgásegyenlete.A hajók építése, időszakos ellenőrzése, tisztítása, festése, valamint javítása általában szárazdokkban történik, mely alkalmas a vízre bocsátásra, vagy dokkolásra. Ezek lényegében dokk-kapukkal lezárható és szivattyúkkal vízteleníthető medencék, ahol a hajó állványzaton támaszkodik a betonfenékre (V=0= > mg=F).A vízre bocsátás úgy történik, hogy a dokkot (egy-két órán belül) vízzel elárasztjuk. Az elárasztás közben mindaddig amíg a víz szintje el nem éri a hajó fenekét ez teljes súlyával az állványzatra támaszkodik. A vízszint további emelkedése közben a hajótest vízbe merül és részben az állványzatra és részben pedig a vízre támaszkodik (mechanikai szempontból ez az eset teljesen azonos a zátonyra futott hajó esetével) tehát vz = 0 és 0 = -(m-r V)g+F.Egy bizonyos T merülésnél az állványzatra már nem támaszkodik F = 0 a hajó, de még meg sem mozdult vz = 0 felfelé. E pillanatban a hajó statikusan úszik.(5)ahol:r 1 = a hajó átlagos sűrűségeV1 = a hajó teljes térfogatam = r 1V1 a hajó tömegeAz (5)-ös a hajós irodalomból közismert egyensúlyi egyenlet, amely szerint az mg súlyerő egyensúlyban van a rgV felhajtóerővel. A felhajtó erő függőleges irányú és áthalad a V térfogat súlypontján, szimmetrikus úszótest esetén így benne van a szimmetriasíkban. Csak azonos függőlegesbe eső felhajtó és súlyerő esetén lesz statikus egyensúly (nyomaték egyensúly is). Így egy úszótest mindig úgy helyezkedik el, hogy súlypontja (a rendszersúlypont) a vízkiszorítás súlypontjával – amelyen a felhajtóerő áthalad – közös függőlegesbe essék. Homogén erőtérben a súlypont és tömegközéppont egybeesik. A továbbiakban így e két fogalmat felváltva fogjuk használni - mint azonos jelentésű szavakat.Az (5)-ös egyenlet szerint a vízbe helyezett hajó – a víz és a hajó átlagos sűrűségének hányadosától függően – elmerül, lebeg vagy úszik. Átlagos sűrűségről írunk, mert a hajók belül üreges szilárd héjazattal épített úszótestek.Úszóképes a hajó, ha a hányados egynél nagyobb. A víz sűrűségénél kisebb átlagos sűrűségű hajó nem merül el, a vízből kiemelkedve úszik. Az előbbiekből egyértelműen kitűnik, milyen fontos új hajó tervezésének kezdetén (hasonló hajók adatai alapján) a hajó várható tömegének azaz vízkiszorításának számítása.A vízszint további emelkedésének következménye, hogy a hajó is vz sebességgel fog emelkedni mindaddig, amíg az elárasztást meg nem szüntetjük.Az elárasztás megszűnésekor a hajónak vz függőleges irányú sebessége van.E pillanatban a hajónak mozgási energiája van és vz kezdősebességgel úgy mozog, mint egy függőlegesen felfelé hajított test és z1 magasságra kényszerül, majd innét szabad eséssel „visszaesik” az egyébként sima vízre és ezúttal a statikus merüléshez képest z1 mélységgel mélyebbre kényszerül. A hajótest változó sebességű föl-le mozgást fog végezni, tehát lengésbe jön. Ha figyelembe vesszük, hogy V = A.z és F = 0, majd a (4)-es egyenletbe behelyettesítve és rendezés után6)Itt a felhajtó erő a z mélységgel egyenesen arányosan növekvő. Vizsgálataink tehát csak olyan legnagyobb z1 amplitúdóig érvényesek, amíg az A vízvonalterület a lengések során bekövetkező merülésváltozások mentén állandó, azaz korlátozott merülő lengéseket vizsgálunk.A hajó tömegével végig osztva (m = r V).(7)Ez egy másodrendű, homogén () differenciálegyenlet, melynek egy partikuláris megoldása:z = z1 sin w t (8)A harmonikus lengőmozgás körfrekvenciája9)A T lengésidő ezek után10)Merülő lengéseket keresztirányú vízrebocsátásnál is megfigyelhetünk. Merülő lengéseket tehát periodikusan változó felhajtóerő gerjeszthet. Ez hullámos vízen való haladáskor elő is fordul, s kedvezőtlen esetben viszonylag nagy amplitúdók alakulhatnak ki a csillapítás nagyságától függően. A csillapítást a hajófenék (lapos fenekű úszótesteknél ez különösen nagy lehet) ellenállása okozza11)Itt C az állandónak tekinthető ellenállástényező, dz/dt=vz, a csillapítás, a sebesség négyzetével arányos.Az energetikai egyensúly12)R(z) a merülés növekedéssel csökkenő ellenállás, vz0 pedig a kezdősebesség. A 2. ábrán egy pontontest vz, F és R változását szemléltetjük egy negyedlengés során. Az R és F görbe alatti vonalkázott terület a felemésztődött mozgási energiával arányos.2. ábra Pontontest merülő lengése2.2. A hajók stabilitása, billegő és bólintó lengéseiVizsgáljunk meg egy másik egy szabadsági fokú esetet, amikor a hajó valamelyik x vagy y tengely körül egy bizonyos szöggel elfordul.Először a hosszirányú x tengely körüli j szöggel történő megdőlés vagy billegés kérdésével foglalkozunk (az y tengely körüli bólogatás mechanikai szempontból teljesen azonos mozgásprobléma, így egyszerű jelölés helyettesítéssel megkaphatjuk az eredményeket), lásd a 3. ábrát, ahol h a _meta_centrikus magasság és h sinj az erőpár karját jelenti.3. ábra Hajók megdőlése * Első lépésben megválasztjuk a j generalizált koordinátát. Ez legyen j, a hajó elfordulási szöge. * Második lépésben kifejezzük a hajó kinetikai energiáját: (13) Itt az I a hajó tömegének az x tengelyre számított tehetetlenségi nyomatéka, w pedig az elfordulás szögsebessége. * Harmadik lépésben a j koordinátához tartozó nyomaték komponensek, a Mb - külső billentőnyomaték és a G tömeg középpont elmozdulásából eredő nyomaték, melynek van potenciálja (14) Ha elvégezzük az előírt differenciálásokat és behelyettesítünk az (1)-be a következő mozgásegyenletet kapjuk: (15) Itt az i a tömeg inercia sugara és már behelyettesítettük a I= mi2 összefüggésből is.Az előző fejezetben már utaltunk arra, hogy a nyugalmi helyzetéből dinamikusan kimozdított úszótest legnagyobb kitérését elérve visszabillen, és lengőmozgásba kezd. Az úszó test növekvő szögsebességgel igyekszik visszajutni eredeti helyzetébe, és helyzeti energiája fokozatosan átalakul mozgási energiává. Ez éppen az egyensúlyi helyzetben a legnagyobb és a hajót tovább is billenti, amíg teljes egészében ismét helyzeti energiává nem alakul.Ha a folyadékellenállás formájában jelentkező csillapító erőktől, illetve nyomatékoktól eltekinthetnénk, a mozgás egy – a kibillent helyzetnek megfelelő – pozitív maximum és ugyanolyan nagyságú negatív minimum között a végtelenségig tartana (lásd a fizikai inga mozgását).Ha feltételezzük, hogy tgj =sinj =j és Mb = 0, akkor a (15)-ös egyenlet a következő alakra egyszerűsödik16)Ez +w 2j =0 típusú differenciálegyenlet, melynek megoldása, az amplitúdó függvény.j = A sinw t+B cosw t (17)A t=0, j =0 kezdeti feltételekből B = 0 adódik. A feltételből A = j 1=j max.Ígyj =j 1sinw thozzászólás:ű

Hát ehhez várom tudós társunk, Kalóz hozzászólását.zsozsi

Maradok a makettnél, víz közelébe sem engedem!!

Én meg sajna nem szeretem annyira a fizikát,hogy ezeket a"fityfenéket" számolgassam.

Nekem elég volt csak a hozzászólás hosszára ránéznem és már elborzadtam! Az ilyenekből meg h: "Ez egy másodrendű, homogén () differenciálegyenlet, melynek egy partikuláris megoldása....." bőven elég volt egy szigorlat is.....

Én teljesmértékben eggyetlértek. Bár azt sem tudom miről van szó Szerintem a szakértő Kalóz tényleg hiányzik.

Na, ez az, ami tökéletesen homállyá varázsolja a hajóelmélet témáját, és tudományosságával elriaszt minden érdeklődőt. Pedig a hajóelmélet azért nem annyira bonyolult, és még érdekes id.Összességében nem nagyon tudom vesézni dolgokat, mert generális részek (képletek stb.) hiányoznak. De néhány megjegyzésem azért lenne:A kezdő rész: "A hajók úszásával, stabilitásával és lengéseivel összefüggő kérdések elméleti megoldása a legfontosabb a hajó biztonsága szempontjából.Ezen kérdések elégtelen ismerete vagy lebecsülése nem egy tragédiához vezetett, emberéletek és anyagi károk formájában."tulajdonképpen igaz, de:1. nem az egyedül fontos (legfontosabb) kérdés2. a hajók lékesedése ugyanilyen fontos kérdés3. a hajó szilárdsága, ill szerkezetének hatása a lékesedéskor fellépő problémák esetén legalább ilyen fontos (lásd Titanic, Lusitania)4. nem értem, a vízretétel közbeni lengések és egyéb dolgok hogyan csatlakoznak a bevezetőben leírt témához (ha a hajó vízretételkor felborul vagy elsüllyed, el kell csapni a tervezőt és még egy csomó embert, de emberéleteket azért ez nem szokott követelni. Ha csak ki nem végzik a bűnösöket, vagy öngyilkosok nem lesznek. Volt már rá példa...Más:"A hajók építése, időszakos ellenőrzése, tisztítása, festése, valamint javítása általában szárazdokkban történik, "A hajók .... általában nem(csak) szárazdokkban történik, mert van sólyatér és úszódokk is, a régi vitorláshajó fenéktisztítási módjáról (parthoz közel húzás dagálykor, aztán csörlővel a hajó megdöntése, majd a műveletek megismétlése az ellenkező oldalon) nem is beszélve."Az elárasztás megszűnésekor a hajónak vz függőleges irányú sebessége van.E pillanatban a hajónak mozgási energiája van és vz kezdősebességgel úgy mozog, mint egy függőlegesen felfelé hajított test és z1 magasságra kényszerül, majd innét szabad eséssel „visszaesik” az egyébként sima vízre és ezúttal a statikus merüléshez képest z1 mélységgel mélyebbre kényszerül. A hajótest változó sebességű föl-le mozgást fog végezni, tehát lengésbe jön."A leírt jelenség elméletileg igaz, de... A szárazdokkot nem töltik fel olyan sebességgel (főleg a végén), hogy ez a jelenség különösebben észlelhető legyen (el is zavarnák a dokk főnökét), tehát az egész elméleti levezetés gyakorlati haszonnal nem jár. (Tehát minek? Válasz: tudományos cikk megjelentetése).Egyébként a cikkben leírtak alapján a feltett kérdéseket kicsit nehéz lenne megválaszolni, arra sokkal egyszerűbb (esetleg a fent leírtakból eredeztetett) megoldások vannak, a gyakorlatban is azt használjuk.Nem tudom, a cikknek mi az eredeti szerepe, de eszembe jut róla a hegesztés tanárunk válasza a kérdére: Mi a fenének kell a fél táblát betöltő képletet megtanulni:Azért tovariscsi, hogy nálam le tudjanak vizsgázni! Mert többet soha az életben nem fogják használni, hacsak nem a téma elméleti kutatásával fognak foglalkozni.

Kalóz! Köszönöm. Ezt a választ vártam. Bozsi! Esetleg valamilyen ismeretet kellene szerezned először, ha "idegen vizekre" evezel. A bemutatkozásodból ítélve korod még zsenge, előtted az élet, hogy pótoljad. Addig is sok sikert a tanulás terén.zsozsi

Bozsi!Mint gyakorló hajómérnök, tényleg érdekelne, hogy mi volt a célod a hozzászólásban leírtakkal, mert ebben a formában tényleg kissé zavaros, még szakembernek is. Ha komolyabban foglalkozol a témával, vagy egyszerűen csak érdekel, nyugodtan írj levelet mailban.Üdv: Kalóz

Tulajdonképpen egy remeken érdekes témaindító hozzászólás volt - bár kissé nehezen olvasható -, és szakértő kaloz Mester hozzászólása nélkül valóba', hogy teljességgel hiábavaló. Tehát a két gondolatfűzér együtt volt jó és hasznos - nem feltétlen modell- és makettépítő szempontból, csupán, hogy az együgyű érdeklődő is megláthassa az igazi, nagy hajóépítés szakmai szépségét, kihívásait. Vagy nem? ;(