ПЛАВУЧАЯ МОРСКАЯ МАЧТА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к судостроению и касается строительства плавучих сооружений, в частности плавучих морских мачт связи. Возможно ее использование в автоматизированных идентификационных системах контроля движения морских судов для сбора и передачи данных с морских радиоустройств, для контроля и корректировки данных для судов, для установки сотовой связи, интернета и других коммуникаций связи, необходимых для человека в любом месте в радиусе действия плавучей морской мачты связи.
Плавучая морская мачта предназначена для установки в открытом море на расстоянии от береговых и таких же сооружений связи на радиус ее покрытия с целью наблюдения за морскими судами и обмена информацией между судами и берегом.
Известны мачты связи, предназначенные для установки ретрансляторов радиосвязи различного назначения для обеспечения устойчивого покрытия (http://www.orion-opora.m/opory/telekommunikatsii/machty-svyazi) Ствол конструкции мачты связи состоит из секций конической формы, длина которых не превышает 11,5 метров. Число используемых секций зависит от высоты мачты, а также от способа транспортировки и технологии монтажа, и может варьироваться от 2 до 5. В качестве материала используется 5-15 миллиметровый листовой металл (сталь С-345). Каждая мачта оснащена трапом и специальными площадками для обслуживания со стойками, длиной 2-3 метра. Стойки используются для размещения антенн. Кабель для антенн прокладывают вдоль мачты, используя кронштейны, которые находятся на стволе мачты на расстоянии около 1 м друг от друга. Для скрепления деталей конструкции используются болтовые соединения.
Но указанные известные мачты связи не предназначены для использования в море, поскольку не имеют плавучей платформы и не рассчитаны волновую нагрузку.
В настоящее время для обмена информацией между судами и берегом используют береговые базовые станции автоматических идентификационных систем (http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=530815), содержащие мачты, на которых установлены антенны для связи с морскими судами.
Недостатком береговых базовых станций автоматических идентификационных систем является их установка вдоль береговой линии, зачастую в труднодоступных местах, не имеющих вблизи инфраструктуры, в частности энергетической. Радиус действия подобной базовой станции не превышает 30-45 миль от берега, при этом полезная площадь покрытия составляет не более 180° в сторону моря, а оставшаяся площадь нацелена в сторону земли. Кроме того, строительство береговых базовых станций автоматических идентификационных систем требует высоких затрат.
Известна плавучая морская платформа (патент RU 2200110 C1, B63B 35/44, B63B 39/00, E02B 17/00, опубл. 10.03.2003), включающая надводное верхнее строение, расположенное по меньшей мере на одной вертикальной опорной колонне, имеющей корпус произвольной формы, конструктивную ватерлинию произвольной конфигурации и центр тяжести, расположенный ниже центра величины. Корпус вертикальной опорной колонны выше и ниже конструктивной ватерлинии и содержит участок общей протяженностью, равной, по меньшей мере, удвоенной значительной амплитуде волны максимального расчетного волнения акватории. Указанный участок представляет собой сужающееся вверх от сечения к сечению тело, наружная поверхность которого выполнена наклоненной к вертикальной оси опорной колонны. При этом величина удвоенного угла наклона составляет 10-140°. Надводное верхнее строение расположено на двух и более колоннах, опертых, по меньшей мере, на подводный понтон.
Однако известная плавучая морская платформа имеет следующие недостатки:
- платформа не подразумевает наличие мачты связи, но при ее установке возможно опрокидывание платформы, поскольку ее конструкция спроектирована без учета ветровых нагрузок;
2
- надводная часть платформы имеет большую площадь и при этом низкую высоту, а для того чтобы установить мачту, например, высотой 100 м и уберечь платформу от переворота - площадь платформы должна составлять не менее 100 м, при большей высоте мачты, соответственно - еще больше;
- на ровных частях колонны может возникнуть наледь и сильное сцепление со льдом, что отрицательно сказывается в эксплуатации в замерзающих морях в зимний период.
Заявляемое техническое решение не имеет аналогов, поскольку в настоящее время не известны плавучие морские мачты связи, установленные на полупогружной платформе и предназначенные для наблюдения за морскими судами и обмена информацией между судами и берегом. Необходимость подобных сооружений очевидна, поскольку работающие береговые аналоги - мачты базовых станций - работают с целью безопасности морского судоходства, но мощность подобных сооружений не позволяет им обеспечить зону покрытия дальше, чем на 30-45 миль и 180° от берега в сторону моря.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание плавучей морской мачты повышенной остойчивости, способной размещаться как в южных, так и в северных, замерзающих в зимний период морях, и обеспечивающей связь в морской акватории на 360° с радиусом зоны покрытия не менее 90 миль.
Технический результат - увеличение радиуса покрытия связью в акватории моря за счет установки мачты связи на морской платформе повышенной остойчивости.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата разработано 2 варианта конструкций плавучей морской мачты.
Плавучая морская мачта по варианту №1 содержит полупогружную платформу обтекаемой формы, состоящую из эксцентрика с шейкой, на которой установлена площадка с мачтой связи с размещенным на ней приемопередающим и технологическим оборудованием, конструктивную ватерлинию произвольной конфигурации, центр тяжести и метацентр, расположенные на вертикальной оси ниже конструктивной ватерлинии, а тело шейки размещено выше и ниже конструктивной ватерлинии, при этом вес части плавучей морской мачты, расположенной ниже конструктивной ватерлинии, по меньшей мере, в два раза превышает вес части, расположенной выше конструктивной ватерлинии, с учетом ветровых и волновых нагрузок на надводную часть согласно соотношению:
1
2
3
4
P>(P+P+P)×2,
где:
1
P - вес части плавучей морской мачты, расположенной ниже конструктивной ватерлинии;
2
P - вес части плавучей морской мачты, расположенной выше конструктивной ватерлинии;
3
P - ветровая нагрузка;
4
P - волновая нагрузка.
Эксцентрик платформы имеет шарообразную форму.
Шейка платформы имеет цилиндрическую форму.
Площадка имеет ограждение.
В качестве приемо-передающего оборудования могут быть использованы антенны, которые установлены в верхней части мачты связи на площадке.
В качестве приемо-передающего оборудования может быть использовано оборудование для сотовой и радиорелейной связи.
В качестве приемо-передающего оборудования может быть использовано оборудование беспроводной широкоформатной связи.
В качестве приемо-передающего оборудования может быть использована контрольно-корректировочная станция глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС/GPS.
В качестве приемо-передающего оборудования могут быть использованы процессор и сервер для обработки данных, кодирования и отправки сообщений в автоматическом режиме и с дистанционным управлением.
В качестве технологического оборудования может быть использовано оборудование для видеонаблюдения.
В качестве технологического оборудования может быть использовано гидрометеорологическое оборудование.
В качестве технологического оборудования может быть использовано оборудование для мониторинга окружающей среды.
Мачта связи снабжена автоматизированным комплексом датчиков температуры воды, температуры воздуха, направления и скорости ветра, высоты волн, направления течения.
Плавучая морская мачта может содержать волновой, ветряной и резервный дизельный генераторы, а также аккумуляторную станцию.
Плавучая морская мачта зафиксирована, с помощью якоря или за счет крепления за сваи, установленные на дне.
1
2
Плавучая морская мачта по варианту №2 содержит полупогружную платформу обтекаемой формы, состоящую из эксцентрика с шейкой, на которой установлена площадка с мачтой связи и размещенным на ней приемопередающим и технологическим оборудованием, конструктивную ватерлинию произвольной конфигурации, центр тяжести и метацентр, расположенные на вертикальной оси ниже конструктивной ватерлинии, а тело шейки размещено выше и ниже конструктивной ватерлинии, причем вертикальная поверхность шейки выполнена дугообразной с сужением средней части, а радиус дуги R равен радиусу эксцентрика R, при этом вес части плавучей морской мачты, расположенной ниже конструктивной ватерлинии, по меньшей мере, в два раза превышает вес части, расположенной выше конструктивной ватерлинии, с учетом ветровых и волновых нагрузок на надводную часть согласно соотношению:
1
2
3
4
P>(P+P+P)×2,
где:
1
P - вес части плавучей морской мачты, расположенной ниже конструктивной ватерлинии;
2
P - вес части плавучей морской мачты, расположенной выше конструктивной ватерлинии;
3
P - ветровая нагрузка;
4
P - волновая нагрузка.
Эксцентрик платформы имеет шарообразную форму.
Шейка выполнена в форме однополостного гиперболоида.
Площадка имеет ограждение.
В качестве приемо-передающего оборудования могут быть использованы антенны, которые установлены в верхней части мачты связи на площадке.
В качестве приемо-передающего оборудования может быть использовано оборудование для сотовой и радиорелейной связи.
В качестве приемо-передающего оборудования может быть использовано оборудование беспроводной широкоформатной связи.
В качестве приемо-передающего оборудования может быть использована контрольно-корректировочная станция глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС/GPS.
В качестве приемо-передающего оборудования могут быть использованы процессор и сервер для обработки данных, кодирования и отправки сообщений в автоматическом режиме и с дистанционным управлением.
В качестве технологического оборудования может быть использовано оборудование для видеонаблюдения.
В качестве приемо-передающего оборудования может быть использовано гидрометеорологическое оборудование.
В качестве приемо-передающего оборудования может быть использовано оборудование для мониторинга окружающей среды.
Мачта связи снабжена автоматизированным комплексом датчиков температуры воды, температуры воздуха, направления и скорости ветра, высоты волн, направления течения.
Плавучая морская мачта может содержать волновой, ветряной и резервный дизельный генераторы, а также аккумуляторную станцию.
Плавучая морская мачта зафиксирована с помощью якоря или за счет крепления за сваи, установленные на дне.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена плавучая морская мачта по варианту по №1; на фиг. 2 представлена плавучая морская мачта по варианту по №2.
Конструкция плавучей морской мачты по варианту №1 (фиг. 1) предназначена для размещения в южных, не замерзающих морях. Она содержит полупогружную платформу 1 обтекаемой формы, на которой установлена мачта связи 2.
Плавучая полупогружная платформа 1 представляет собой эксцентрик 3 шарообразной формы с шейкой 4, на которой расположена площадка 6. Форма нижней (подводной) части плавучей морской мачты выполнена обтекаемой, что избавляет расчет остойчивости на дифферент, поскольку форма не имеет продолговатости. Поэтому эксцентрик 3 выполнен шарообразным, а шейка 4 - цилиндрической. Кроме того, шарообразная или цилиндрическая форма основных составляющих платформы способствует улучшению плавучести платформы 1. Объем шейки 4 платформы должен быть меньше, чем объем эксцентрика 3, так как через шейку проходит ватерлиния (ВЛ) 5, которая не должна быть равнообъемной по отношению к эксцентрику 3. Верхняя часть шейки 4 платформы 1 расположена над водой, а нижняя часть с эксцентриком 3 - под водой, ниже конструктивной ватерлинии (ВЛ) 5. Центр тяжести платформы смещен ниже конструктивной ватерлинии для повышения остойчивости плавучей морской мачты и удержания ее в вертикальном положении. Смещение центра тяжести платформы ниже воображаемой ватерлинии позволяет фиксировать всю конструкцию плавучей морской мачты вертикально. При этом метацентр расположен над центром тяжести. Шарообразная форма эксцентрика 3 позволяет свободно перемещаться надводной части на 360° по окружности. Кроме того, шарообразная форма эксцентрика 3 обеспечивает расположение центра тяжести и метацентра на вертикальной оси, что при расчете на остойчивость не требует расчета на дифферент.
Верхняя часть платформы 1 содержит площадку 6, установленную на шейке 4. Площадка 6 имеет ограждение. Придание платформе обтекаемой формы позволяет уменьшить угловую параметрическую качку и ветровую нагрузку на плавучую морскую мачту.
На площадке 6 размещена мачта связи 2, внутри которой может быть установлено следующее приемо-передающее и технологическое оборудование (на фигурах не показано):
- оборудование для сотовой и радиорелейной связи;
- приемо-передающее оборудование беспроводной широкоформатной связи;
- контрольно-корректировочная станция глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС/GPS;
- процессор и сервер для обработки данных, кодирования и отправки сообщений в автоматическом режиме и с дистанционным управлением;
- антенны приемо-передающего оборудования;
- оборудование для видеонаблюдения;
- гидрометеорологическое оборудование;
- оборудование для мониторинга окружающей среды.
Для обеспечения дальности связи, а также качества приема и передачи электромагнитных волн, все антенны 7 приемо-передающего оборудования установлены в верхней части мачты связи 2. Высота мачты связи 2 должна быть не менее 70 м. При этом радиус полезного покрытия зоны составляет не менее 90 морских миль.
Благодаря перечисленному оборудованию, установленному на плавучей морской мачте, последняя имеет возможность обмена информацией между судном и берегом посредством бинарных автоматических идентификационных сообщений (АИС) с последующим графическим представлением обработанной информации судоводителям и операторам систем управления движением судов (СУДС), включая:
- гидрометео-данные (Берег-Судно);
- информация по опасным грузам (Судно-Берег);
- сообщение о закрытии фарватера (Берег-Судно);
- количество человек на судне (Судно-Берег);
- псевдо АИС цели (цели СУДС) (Берег-Судно);
- обмен и назначение маршрутов (Судно-Берег-Судно);
- адресные сообщения и тревоги (Берег-Судно);
- запретные/опасные для захода судов области (Берег-Судно).
Таким образом, появляется возможность в автоматическом режиме передать на судно всю необходимую информацию по мере его прохождения по судоходной трассе в порт выгрузки. Капитан судна сможет узнать, где и в каком районе есть климатическая опасность, какая погода в интересующем его квадрате, волнение, шторм и т.д.
Кроме того, мачта связи 2 снабжена автоматизированным комплексом датчиков температуры воды, температуры воздуха, направления и скорости ветра, высоты волн, направления течения (на фигурах не показаны), часть из которых может быть установлена на площадке 8. Площадка 8 имеет ограждение и предназначена для установки и обслуживания антенн.
Энергоснабжение мачты предполагает размещение волновых генераторов 9, а также ветряных генераторов, аккумуляторной станции и резервного дизельного генератора (на фигурах не показаны). Передача данных в береговую службу управления движения судов предполагает использование широкоформатной беспроводной связи, а также технически возможно подключение к оптоволоконному кабелю, проложенному по дну моря.
Конструкция плавучей морской мачты должна противостоять как волнениям на море, так и ветровым нагрузкам на мачту связи 2. Для остойчивости мачты в плавучем положении необходимо обратить особое внимание на особенность нижней части конструкции. Вес нижней части плавучей морской мачты, расположенной ниже конструктивной ватерлинии 5 минимум вдвое превышает вес надводной части плавучей мачты с учетом ветровых и волновых нагрузок. При этом ветровые и волновые нагрузки на верхнюю часть плавучей мачты определяются по соотношению:
где:
1
P - вес части плавучей морской мачты, расположенной ниже конструктивной ватерлинии;
2
P - вес части плавучей морской мачты, расположенной выше конструктивной ватерлинии;
3
P - ветровая нагрузка;
4
P - волновая нагрузка.
При этом общий вес всей конструкции плавучей морской мачты не должен превышать вес вытесненной воды под ватерлинией 5. Вес вытесненной воды считается с учетом веса всех элементов, в том числе оборудования размещенного внутри конструкции.
Плавучая морская мачта зафиксирована с помощью якоря или за счет крепления за сваи, установленные на дне.
Конструкция плавучей морской мачты по варианту №2 (фиг. 2) предназначена для размещения в северных, замерзающих в зимний период морях. Она содержит полупогружную платформу 1 обтекаемой формы, на которой установлена мачта связи 2. Благодаря особенностям конструкции платформы плавучая морская мачта способна размещаться во льдах, для обеспечения связью в арктических морях.
1
2
Для улучшения плавучести полупогружная платформа 1 имеет обтекаемую форму. Плавучая полупогружная платформа 1 представляет собой эксцентрик 3 с шейкой 4, на которой расположена площадка 6. Эксцентрик 3 имеет шарообразную форму. Шейка 4 выполнена по форме однополостного гиперболоида таким образом, что ее вертикальная поверхность выполнена дугообразной с сужением в средней части, а радиус дугообразной изогнутости шейки R равен радиусу эксцентрика R. Шарообразная форма эксцентрика 3 обеспечивает расположение центра тяжести и метацентра платформы на вертикальной оси, что избавляет от расчета остойчивости плавучей морской мачты на дифферент. Смещение центра тяжести платформы ниже воображаемой ватерлинии позволяет фиксировать всю конструкцию плавучей морской мачты вертикально, придает последней устойчивость даже во время замерзания поверхности воды. Выполнение эксцентрика и шейки с радиусностью позволяет избежать скрепления со льдом в арктических водах, а также противостоять силе волнения моря. Объем шейки 4 платформы должен быть меньше, чем объем эксцентрика 3, так как через шейку проходит ватерлиния (ВЛ) 5, которая не должна быть равнообъемной по отношению к эксцентрику 3. Верхняя часть шейки 4 платформы 1 расположена над водой, а нижняя часть с эксцентриком 3 - под водой, ниже конструктивной ватерлинии (ВЛ) 5. Центр тяжести и метацентр платформы смещены ниже конструктивной ватерлинии 5 для повышения остойчивости плавучей морской мачты и удержания ее в вертикальном положении. При этом метацентр расположен над центром тяжести. Шарообразная форма эксцентрика 3 позволяет свободно перемещаться надводной части на 360° по окружности.
Верхняя часть платформы 1 содержит площадку 6, установленную на шейке 4. Площадка 6 имеет ограждение. Придание платформе обтекаемой формы позволяет уменьшить угловую параметрическую качку и ветровую нагрузку на плавучую морскую мачту.
На площадке 6 размещена мачта связи 2, внутри которой может быть установлено следующее приемо-передающее и технологическое оборудование (на фигурах не показано):
- оборудование для сотовой и радиорелейной связи;
- приемо-передающее оборудование беспроводной широкоформатной связи;
- арктическая контрольно-корректировочная станция глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС/GPS;
- процессор и сервер для обработки данных, кодирования и отправки сообщений в автоматическом режиме и с дистанционным управлением;
- антенны приемо-передающего оборудования
- оборудование для видеонаблюдения;
- гидрометеорологическое оборудование;
- оборудование для мониторинга окружающей среды.
Для обеспечения дальности связи, а также качества приема и передачи электромагнитных волн, все антенны 7 приемо-передающего оборудования установлены в верхней части мачты связи 2. Высота мачты связи 2 должна быть не менее 70 м. При этом радиус полезного покрытия зоны составляет не менее 90 морских миль.
Благодаря перечисленному оборудованию, установленному на плавучей морской мачте, она имеет возможность обмена информацией между судном и берегом посредством бинарных автоматических идентификационных сообщений (АИС) с последующим графическим представлением обработанной информации судоводителям и операторам систем управления движением судов (СУДС), включая:
- гидрометео-данные (Берег-Судно);
- информация по опасным грузам (Судно-Берег);
- сообщение о закрытии фарватера (Берег-Судно);
- количество человек на судне (Судно-Берег);
- псевдо АИС цели (цели СУДС) (Берег-Судно);
- обмен и назначение маршрутов (Судно-Берег-Судно);
- адресные сообщения и тревоги (Берег-Судно);
- запретные/опасные для захода судов области (Берег-Судно).
Таким образом, появится возможность в автоматическом режиме передать на судно всю необходимую информацию по мере его прохождения по судоходной трассе в порт выгрузки. Капитан судна сможет узнать, где и в каком районе есть климатическая опасность, какая погода в интересующем его квадрате, волнение, шторм и т.д.
Кроме того, мачта связи 2 снабжена автоматизированным комплексом датчиков температуры воды, температуры воздуха, направления и скорости ветра, высоты волн, направления течения (на фигурах не показаны), часть из которых может быть установлена на площадке 8. Площадка 8 имеет ограждение и предназначена для установки и обслуживания антенн.
Энергоснабжение мачты предполагает размещение волновых генераторов, а также ветряных генераторов, аккумуляторной станции и резервного дизельного генератора (на фиг. 2 не показаны). Передача данных в береговую службу управления движения судов предполагает использование широкоформатной беспроводной связи, а также технически возможно подключение к оптоволоконному кабелю, проложенному по дну моря.
Конструкция плавучей морской мачты должна противостоять как волнениям на море, так и ветровым нагрузкам на мачту связи 2. Для остойчивости мачты в плавучем положении необходимо обратить особое внимание на особенность нижней части конструкции. Вес нижней части плавучей морской мачты, расположенной ниже конструктивной ватерлинии 5, должен быть минимум вдвое тяжелее надводной части плавучей мачты. При этом должны быть учтены ветровые и волновые нагрузки на верхнюю часть плавучей мачты по соотношению:
где:
1
P - вес части плавучей морской мачты, расположенной ниже конструктивной ватерлинии;
2
P - вес части плавучей морской мачты, расположенной выше конструктивной ватерлинии;
3
P - ветровая нагрузка;
4
P - волновая нагрузка.
При этом общая масса всей конструкции плавучей морской мачты должна быть не более чем вес вытесненной воды под ватерлинией 5. Вес вытесненной воды считается с учетом веса всех элементов, в том числе оборудования размещенного внутри конструкции.
Плавучая морская мачта зафиксирована с помощью якоря или за счет крепления за сваи, установленные на дне.
Принцип проектирования и расчет плавучей морской мачты по вариантам №1 (фиг. 1) и №2 (фиг. 2) полезной модели.
Определение высоты необходимой мачты берут из технических требований связи к объекту. Имея необходимую высоту, определяют вес верхней (надводной) части плавучей морской мачты.
Конструкция мачты связи 2 может быть открытой (пространственная конструкция) или защищена корпусом, либо комбинированная (частично открыта и частично защищена корпусом). Высоту мачты связи 2 определяют величиной радиуса покрытия электромагнитными волнами.
Зная вес мачты связи 2, вес оборудования для связи, необходимого для установки на плавучую морскую мачту, вес энергетической начинки мачты (например, волновой и ветровой генераторы), прибавляют к этому полученный расчет ветровой нагрузки на поверхность надводной части плавучей морской мачты связи.
Динамическое давление ветра на поверхность надводной части плавучей морской мачты связи определяют по формуле:
где:
3
ρ - 1,225 кг/м - плотность воздуха
2
g=9,81 м/с - ускорение свободного падения.
v - скорость ветра, воздействующая на поверхность мачты (для каждого района свои значения),
Полученное значение переводят в вес и учитывают значение в весе надводной части плавучей морской мачты.
fluid
object
После этого определяют вес и объем нижней (подводной) части плавучей морской мачты связи. При определении этих значений применяют закон Архимеда: по природе сила давления, зависит от плотности жидкости (ρ), а вес - от плотности тела (ρ). Обе силы являются равнодействующими распределенных нагрузок. Эту зависимость определяют по формуле:
где:
object
P - вес тела;
fluid
P - плотность тела;
g - ускорение свободного падения;
im
P - вес погруженного тела.
После полученных значений необходимо рассчитать конструкцию на остойчивость - способность плавучего средства противостоять внешним силам (ветер, волна и др.), вызывающим его наклонение (крен или дифферент), а после прекращения действия этих сил возвращаться в первоначальное положение равновесия. При этом делается допущение, что отклонения от положения равновесия вызываются внешними силами, которые не изменяют ни вес плавучей морской мачты связи, ни положение его центра тяжести. Тогда погруженный объем не изменяется по величине, но изменяется по форме. Равнообъемным наклонениям соответствуют равнообъемные ватерлинии, отсекающие равные по величине погруженные объемы корпуса. Линия пересечения плоскостей ватерлиний, т.е. ось наклонения, при равнообъемных наклонениях проходит через центр тяжести площади ватерлинии.
Поскольку форма платформы не имеет продолговатости, то нет необходимости производить расчет остойчивости на дифферент, т.е. на отклонение корпуса судна от горизонтального положения в продольном направлении.
Конструкция плавучей морской мачты должна иметь положительную остойчивость. В результате смещения центра величины (точки приведения сил плавучести, действующих на судно) при наклонении линии действия силы тяжести и силы плавучести смещаются и образуют пару сил. Если плечо пары положительно, то возникающий момент действует в сторону восстановления равновесия, то есть спрямляет, что называется положительной остойчивостью.
m
c
Возвышение над основной плоскостью (горизонтальной плоскостью), проходящей через самую нижнюю точку плавучей мачты, не считая выступающих частей) поперечного метацентра (z) и центра величины (z), а также величина поперечного метацентрического радиуса в значительной степени определит остойчивость мачты. Зависимость величины поперечного метацентрического радиуса от формы нижней части (величины площади ватерлинии, а также ее формы) и объемного водоизмещения определяют по формуле:
где:
r - величина поперечного метацентрического радиуса;
x
4
I - момент инерции площади действующей ватерлинии относительно продольной оси, проходящей через центр ее тяжести, м;
3
V - объемное водоизмещение (погруженный объем), м.
Из рассмотрения трех возможных вариантов воздействия сил веса (P) и плавучести (γV) при наклонениях, обеспечения остойчивого положения равновесия мачты необходимо, чтобы метацентр находился выше центра тяжести. Поэтому возвышение поперечного метацентра над центром тяжести
выделяется в особую величину, высотой h:
где:
m
z - высота метацентра над основной плоскостью;
g
z - высота центра тяжести над основной плоскостью.
В акватории моря может быть расположена одна плавучая морская мачта или группа таких мачт (из нескольких десятков или сотен), соединенных в большое плавучее сооружение. Группой плавучих мачт можно покрыть 100% территории в закрепленной зоне службы управления движением судоходства, что обеспечивает полный контроль над безопасностью территории и жизней людей в случаях чрезвычайных ситуаций. В случае одиночного применения плавучей морской мачты по вариантам №1 и №2 на каком-то участке акватории моря внутри шарообразного эксцентрика платформы могут быть выполнены перегородки, которые позволяют управлять уровнем погружения и контролировать крен.
Хорошая остойчивость плавучей морской мачты по вариантам №1 и №2, благодаря особенностям конструкции платформы и учету волновых и ветровых нагрузок, обеспечивает мачте связи, установленной на платформу, бесперебойную навигационную связь в южных морях, а плавучих морских мачт по варианту №2 - на всей протяженности Северного Морского Пути.
Преимущество плавучей морской мачты по вариантам №1 и №2 перед береговыми аналогами заключается в обеспечении возможности зоны покрытия связью акватории моря на 360° и дальностью связи не менее 90 миль, а также возможности отбуксировки и установки в любое место акватории. Кроме того, заявленные конструкции по вариантам №1 и №2 предоставляют возможность в режиме реального времени узнать: количество судов, находящихся на морском пути; направление, курс и скорость движение каждого судна; место положения с точностью до 5 м; количество членов экипажа; обстановку в конкретном квадрате.