Текст
                    
Ю.П. Маков
. i
ОСТОЙЧИВОСТЬ..
Что это такое?


VW *88 11001 .11 332 122 ББК 39.42011 12 Ы1в Рецензенты Д.т.и.. профессор Санкт-Петербургского государгтемного морского технического университета Ю. И. Нечаев Д.ти., профессор, заведующий кафсчцкм гоории, усцюйства судна и промышленного рыболовства Балтийской государственной академии >'Ф|0 Д Кулагин) Инструктор тренажерного центра Калининградского морского к олледжа, капитан дальнего плавания В С Калинин Доцент кафедры промышленного рыболовства Калининградского государственного технического университета капитан дальнего плана ты я В П Щупик Книга издана благодаря неоценимой помощи генерального директора ООО 'Маритим Калининград', председателя совет дирикторов ООО 'Свотпоаскии судоремонт", кдп Киселева Сергея Дмитриевича Особая благодарность генеральному директору ООО •Светловский судоремонт* Клименко Александру Петровичу. Маков О. Л. М 1* Осгм-ыкость Что «ТО ’•«»? иЫтиики < капттштом) СТЮ : *С>аостровнм' 2005 32» ил VW 629 12.001 11 332 322 вен ьтзае-оетт-з бек n «ген и В учебном пособии в простой и наглядной форме, доступной широкому кругу удоводителей, излагаются основные сведения учения об остойчивости Манера изложения редмета оригинальна ар’ор испопьзуот форму диалога с воображаемым капитаном, «лробироеанную во время проведения занятий в Институте повышения квалификации. Накопленный опыт позвоЛ"»’ штору правильно расставить акценты на тех моментах учебного материала, которые наиболее трудно воспринимаются аудиторией. В этом состоит одна из привлекательных оагиняюствй книги. Данная книга может быть использована как учебное пособие не только студентами и курсантами соответствующих специальностей высших и средних специ.гчьиых учебных заведений, но и судоводителями, кому в первую очередь она адресовано Кни1а также будет полезна инженерамчторабпестроитепям. работникам береговых служб и всем, кто интересуется вопросами безопасности мореплавания. Yun L. Makov. Stability What is this? (Dialogues with a ship master) In the presented study-guwfa the basic* ol ship stability are desenbed in a very ыгп|йе and eas- ily understood manner The style of desenption ot the subiect manes is not usual The method of a dialog between the authoi and an imagined ship master, Is used which has bo«><> tested m the course of in service training In different fishing companies The experience gamed by the author enables him to accentuate the aspects of stability leaching which are especially drtf« utt lor under- •tand-ng, And this is one of attractive features of the book. The book may be ur-od not only as a study guide by students of technical universities and cadets of marine schools but it may t>e used as a manual try navigators who the book Is mainly targeted at It is also useful tor naval architects and special.sis of shore baseo deep sea salvage services which render consult .ng services to •hips in ci' ...ter as well as to people of different professions who are Kitere-.l...I in poXilems of sea- faring safety 1ЭПН s . i • ni.rr-a CO II .Till*, СИчн - •• ‘I viee i|н*нм‘ ЛЮ&
СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ Л ОТ АВТ^)РА..i......1.......>>>...«.............................™.>..>i.h.i»>.«><........™... ...™..........>.. >. .9 1. ПЛАВУЧЕСТЬ И ПОСАДКА ......................... 11 1.1 ЧТО ЖЕ НА САМОМ ПЕЛЕ ГОВОРИТСЯ В ЗАКОНЕ АРХИМЕДА?...11 1.2. КАК БУДЕТ ПЛАВАТЬ ТЕЛО?......................... 13 1.3. КАК БУДЕТ ПЛАВАТЬ СУДНО?............................15 1.4. Прием малого груза iz 1.5. ИЗМЕНЕНИЕ ПОСАДКИ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ СОЛЁНОСТИ ВОДЬ .... 19 г остойчивость судал общие характеристики ---------------------21 2.1 РАВНОВЕСИЕ И ОСТОЙЧИВОСТЬ.......... ...........23 2.2 ТАК ЧТО ЖЕ ТАКОЕ ОСТОЙЧИВОСТЬ? ......................23 2.3 . ЧЕМ МОЖНО ИЗМЕРИТЬ ОСТОЙЧИВОСТЬ......._—........23 2.4 ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЦЕНТРА ВЕЛИЧИНЫ МЕТАЦЕНТРЫ.............. 24 2.5 . ВОССТАНАВЛИВАЮЩИЙ МОМЕНТ. ПЛЕЧО СТАТИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ. .................. 26 2.6 ВОССТАНАВЛИВАЮЩИЙ МОМЕНТ И ПЛЕЧО СТАТИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ КАК МЕРА ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА............ 28 2.7 . ВИДЫ ДИАГРАММ СТАТИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ.............29 2.8 ОСТОЙЧИВОСТЬ НА БОЛЬШИХ УГЛАХ КРЕНА И НАЧАЛЬНАЯ ОСТОЙЧИВОСТЬ ............................................ 31 2.9 МЕТАЦЕНТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА И КОЭФФИЦИЕНТ ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА...................... 33 2.10 МЕТ АЦЕНТРИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ ОСТОЙЧИВОСТИ________________33 2.11 РАВНОВЕСИЕ УСТОЙЧИВОЕ. БЕЗРАЗЛИЧНОЕ НЕУСТОЙЧИВОЕ ... .................................. 34 2.12 . КАМ БУДЕТ ПЛАВАТЬ БРЕВНО?...................... 35 2.13 . КАК БЕГЛЫЙ КАТОРЖНИК ПЕРЕПЛЫЛ БАЙКАЛ?........... 36 2.14 ГДЕ НАХОДИТСЯ ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ ЧЕЛОВЕКА?... .......... 40 3 ВЛИЯНИЕ ГРУЗА НА ОСТОЙЧИВОСТЬ.......................41 3.1. ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУЗА НА ОСТОЙЧИВОСТЬ ............... 41 3.1.1 Перемещение грузе по горизонтали поперек судна 42 3.1.2 Перемещение груза по горизонтали вдоль судна.......43 3.13 Перемещение груза по вертикали.................... 44 3.2. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ДИАГРАММЫ.. ........................... 45 3.2 1. Универсальная диаграмма статической остойчивости.. 45 3.22. Универсальная диаграмма динамической остойчивости 46 3 3 ВЛИЯНИЕ ПОДВЕШЕННЫХ ГРУЗОВ НА ОСТОЙЧИВОСТЬ............... 48 3.4 ВЛИЯНИЕ ЖИДКИХ ГРУЗОВ НА ОСТОЙЧИВОСТЬ.....................49 3.5 ВГМЯНИЕ ПРИЕМА ГРУЗА НА ОСТОЙЧИВОСТЬ................... 54
4. НАКРЕНЕНИЕ СУДНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА......59 4 1. ОСТОЙЧИВОСТЬ СТАТИЧЕСКАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ 59 4 2. УРАВНЕНИЕ НАКРЕНЕНИЯ СУДНА....................... 61 4 3. НАКРЕНЕНИЕ СУ1ИА ПОД ДЕЙСТВИЕМ СТАТИЧЕСКИ ПРИЛОЖЕННОГО МОМЕНТА ____________________________._________...„,.62 4 4. ДЕЙСТВИЕ НА СУДНО ДИНАМИЧЕСКОГО МОМЕНТА _____„_______64 4 5. КАКОЙ ВИЛ БУДУТ ИМЕТЬ ГРАФИКИ РАБОТ КРЕНЯ11ЕГО И ВОССТАНАВЛИВАЮЩЕГО МОМЕНТОВ? ............................ 65 4 6. КАК БУДЕТ КРЕНИТЬСЯ СУДНО ПОД ДЕЙСТВИЕМ ДИНАМИЧЕСКИ ПРИЛОЖЕННОГО КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА?..........67 4 7. КАК ПРОИСХОДИТ ОПРОКИДЫВАНИЕ ВЫСОКОБОРТНОГО СУДНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ДИНАМИЧЕСКИ ПРИЛОЖЕННОГО КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА? ....................................... 68 4 8. ДВИЖЕНИЕ СУДНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИМПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ 69 4.9. КАК ВОЗНИКАЕТ КРЕНЯЩИЙ МОМЕНТ ОТ ДЕЙСТВИЯ ВЕТРА?...„.,..70 4.9.1. Ветер..................................... 7С 4.9.2. Действие ветра на судно.™...,.......„...... 71 4 93 Образования динамического крянящяго иомен та 72 4.9.4. Образование статического кренящего момента...73 4 1 о КАК ПРОИСХОДИТ НАКРЕНЕНИЕ И ОПРОКИДЫВАНИЕ ГМЗКОБОР’НЫХ СУДОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ДИНАМИЧЕСКОГО КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА?................................. 75 4 11 ЧТО ТАКОЕ ПОТЕРЯ ОСТОЙЧИВОСТИ?......................... П 5. НЕПОТОПЛЯЕМОСТЬ СУДНА.79 5.1. КАТЕГОРИИ ЗАТАПЛИВАЕМЫХ ОТСЕКОВ...... 79 5.2. КОЭФФИЦИЕНТЫ ПРОНИЦАЕМОСТИ_______________________„_80 5.3. МЕТОДЫ РАСЧЁТА НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ.„....... 80 53. J. Метод приема груза, или метод переменного водоизмещения.............. 80 5 3.2. Метод исключения, или метод постоянного водоизмещения81 5 4 ПОВЕДЕНИЕ АВАРИЙНОГО СУДНА В ШТОРМОВОМ МОРЕ.....82 5 5. СПРЯМЛЕНИЕ СУДНА....................84 6. ЧТО ТАКОЕ ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО? (ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НОРМИРОВАНИЯ ОСТОЙЧИВОСТИ И НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ СУДНА)..........87 61. Зачем понадобились какие-то нормы?........................88 6 2 ЦЕЛИ НОРМИРОВАНИЯ ...................................... 88 6 3. РАС^ТНЫЕ СИТУАЦИИ И КРИТЕРИИ............................. 90 6 4. ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТЕРИЕВ.»..........................95 64.1 . Физические подход............................---.. ...96 64.2 Статистический подход.................... 97 64.3 Смешанный метод............................... 98 64.4 Вероятностный подход........................... 199 6 5 Оценка эффективности различных к>рм остойчивости..................„............................... 100 6 6. НОРМИРОВАНИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ В ПРАВИЛАХ РОССИЙСКОГО МОРСКОГО РЕГИСТРА СУДОХОДСТВА .. 106 66.1 Общие положения.................................... 106 6.6.2 Нормирование остойчивости в "старых ’ Правилах Регистра............................ 109 6 6 3 Нормирование остойчивости в "новых"правилах Регистра.................... .118
6 7. НОРМИРОВАНИЕ НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ (ДЕЛЕНИЕ СУДНА НА ОТСЕКИ)........................................124 6.7.1. Принципы. заложенные в нормирование непотопляемости....................................... 124 6 7.2. Вероятностная оценка деления судов на отсеки............ 127 6.7.3. Требования к посадке и остойчивости повреждённого сурна...............-................... 130 7 ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ И НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ ................................................. 133 7.1. Форма и> (формации российского морского РЕГИСТРА СУДОХОДСТВА................................... 133 7.2 ОСНОВНЫЕ НЕДОСТАТКИ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИНФОРМАЦИЙ ................ 136 7 3. ЕДИНАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ПОСАДКЕ И ОСТОЙЧИВОСТИ НЕ ПОВРЕЖДЕННОГО И АВАРИЙНОГО СУДНА 13в 7.3.1. Разделение нагрузки судна на укрупнённые ста тьи. .138 7 3 2. Порядок приёма и расходования основных судовых запасов, загрузки и разгрузки трюмов ............142 7 3 3. Упрощенный расчёт водоизмещения и координат центра тяжести ............................ 144 7 3 4 График безопасной загрузки судна................................... 145 7 3 5. Критические возвышения центра тяжести .................154 7 3 6 Предлагаемая методика расчёта Zgv................163 7 4 Акоп АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ОСТОЙЧИВОСТИ И ПОСАДКИ СУДНА................ .......164 7 5 ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ ОСТОЙЧИВОСТИ .......................... 166 7 6. Оценка начальной остойчивости ПО ПЕРИОДУ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ.................................167 7.6.1. Вычисление момента инерции массы судна____________ 169 7 6.2. Вычисление инерционного коэффициента при произвольной нагрузке "точным'способом ..............171 7 6 3. Вычисление инерционного коэффициента при произвольной нагрузке "приближённым"способом__________174 7.6.4. Универсальная номограмма для определения инерционного коэффициен та............................. 175 7 6 5 Определение периода собственных колебаний........ 177 7 7. КРИТИЧЕСКАЯ МЕТАЦЕНТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА.......... 180 7 в. КРИТИЧЕСКИЕ ПЕРИОДЫ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ............... 181 79. Опыт кренования...................................... in? 7.1 0. ОПЫТ ВЗВЕШИВАНИЯ СУДНА............................. 185 & ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ 187 8.1 . ЧТО ГОВОРИТ СТАТИСТИКА.......................... 187 8 2 ДВИЖЕНИЕ СУДНА ЛАГОМ К ВОЛНЕНИЮ................ 191 8.3 Движение судна на попутном волнении...... 1 <w 8.4 ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДОВ ПРИ ЗАЛИВАНИИ ПАЛУБНОГО КОЛОША .........................195 8.5 ВЛИЯНИЕ ОБТЕДЕНЕНИЯ НА ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДОВ....... 198 8 6 Выбор курса и скорости хода судна на волнении....215 8,7 ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДОВ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ КОРПУСА 219 8.8 ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДОВ В РЕМОНТЕ.................. 222 В СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ СУДНА 225 • 9 1 ФОРМАЛЬНАЯ ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ СУДНА..... .........225 9.2 ЧТО ТАКОЕ МКУБ?.................................. 226 9.3 СТРУКТУРА МКУБ.................................... 229 9.4 ЛИСТ ОПРОСА..................................... 230
10 СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В ЗАДАЧАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ МОРЕПЛАВАНИЯ....235 10.1. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ПОМОЩНИК СУДОВОДИТЕЛЯ „ 235 102 ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И СТРУКТУРА ИС .238 103 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И ОПЕРАЦИИ ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ИС 240 10.4 ПРИОБРЕТЕНИЕ И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗНАНИЙ В ИС 241 10.5 МЕТОДЫ И МОДЕЛИ АДАПТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ.. .244 10.6 ИНТЕРФЕЙС -СУДОВОДИТЕЛЬ ИС 246 10.7. НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ИС - .253 10 8 ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИС .254 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ............................................. 259 ГП------Рас^ ты при погрузке ивьЖзке группа--------------------------7^— 11.1.1. Текущее состояние нагрузки.........................259 11.12 Приём груза....................................... 260 11.1.3. Перенос груза вдоль судна-------------—............261 11.1.4. Перенос груза с борта на борт .......„ ............ 262 11.1.5. Приём груза с берега на палубу.....................262 11.2 ПРОВЕРКА ОСТОЙЧИВОСТИ СУЩА НА УЛОВИ ТВОРЕНИЕ ГРЕЬОвАКТЯМ НОРМ. . .......................... -...265 11.3 ПОСТРОЕ НИЕ ДСО СУДНА СИДЯЩЕГО НА РОВНЫЙ киль И СДИФФЕРЕНТОМ.......................................................265 11.3.1. Судно сидит на ровный киль ..................................„„„........266 11.3.2. Учёт фактического дифферента..................... 266 11.4 . РАСЧЁТЫ ПРИ ПОСТАНОВКЕ СУДНА В ДОК-----------------------266 11.4.1 Оценка остойчивости судна при постановке а док 268 11.4.2. Удифферентоака судна при постановке в док...........270 11.5 РАСЧЕТЫ ПРИ ПОСАДКЕ СУДНА НА ГРУНТ ИЛИ КАМЕНЬ............. 271 11.5.1. Определение реакции грунта и точки её приложения....271 11.5.2. Определение массы и абсциссы ЦТ груза. при снятии которого судно всплывёт над грунтом ... .....273 11.5.3. Определение массы груза, который необходимо снять, чтобы стянуть судно с грунта............................ .273 11.5.4. Определение дифферентуютего момента от перемещения грузов, необходимого для всплытия судна над камнем---------------------------—...............274 11.5.5. Оценка начальной остойчивости судна на камне 275 11.6 . РАСЧЕТ ПОСАДКИ И ОСТОЙЧИВОСТИ ПРИ ЗАТОПЛЕНИИ ОТСЕКА..................................._................277 11.6.1. Затоплен отсек первой категории................... 277 11.6.2 Затоплен отсек второй категории.....................277 11.6.3. Заголив* отсек третьей категории..................... .280 11.64 Затоплен отсек третьей категории, и вода фильтруется в смежный отсек .........................281 11.6.5. Спрямление крена судна..............................283 12. ЛИТЕРАТУРА........................................ 265 13. ПРИЛОЖЕНИЯ..........................................287 Поэма об остойчивости-------------------------------------------------------309
ПАМЯТИ НИКИТЫ БОРИСОВИЧА СЕВАСТЬЯНОВА. моего учителя и друга, посвящаю Автор
ПРЕДИСЛОВИЕ Остойчивость — ооо из важнейших мореходных качеств Сохрамтние я поддержание остойчивости явля- ется спреяе”ённо* гарантией беэопаснхти судна Потеря остойчивости — олдакидыва-ие — -яжелейшая авария, которая. как правило, сопровождается гибелью судна и экипажа Многочисленные аварии судов от опрокидывания часто свидетельствуют о нвоостатрчном внимании • проблеме остойчивости со стороны су- доводителей Этс объясняется многими причинами, главная из которых состоит в сложности самой пробле- мы, трудности понимания физических закономерностей, лежащих в хноее учения об остойчивости. Характеристики остойчивости не поддаются визуальному контролю Поэтому часто судоводителе даже не представляют грозящей опасности буквально ю последних секунд перед опрокидыванием Особенно важна проблема остойчивости для судов малого вэдсизмеиояин, и в первую очередь — для малых промиспоаых судов. Размеры и скорости таких супов соизмерю* с размерами и скоростями, набегающих волн, а их опюситсльные скорости хода соответствуют диапазону достаточно высоких чисел Фруда Ьзлыиие измвюния нагрузки судов в мере зависят от случайностей промыслокм обстановки, а их архитектура и осзбемс необычяяе геометрические карактерыстжи эпементсв -фор»* корпуса создают рэтопнителыы? трувюсти при оцвюе реаль- ных ситуашм. связанных с ухудшением остойчивости В печати появилось несколько интересных книг по теории остойчивости Предлагаемая вниманию читате- лей книга известного специалиста в области теории корабля Ю П Макова займет среди них достойное мес то Она почти не пересекается с имеющимися изданиями и написана совсем в другсм стиле. Это не моног- рафия и не учебник, а скорее путеводитель в удивигетьныи ьмр, свя-шнхяй с особенностями остойчивости — одного кз сложнейших и трудно поддающихся оценке в условиях эксплуатации морехпдгых качеств Попу- лярно излагая ос-овные идеи и часто агеллируя к физической интуиции. автор внити иллюстрирует основные подходы и методы анагиза на большом числе хорошо псвобраютых примеров. Чтобы осознать идеи, заложен- ные в книге, ее надо изучить от начала и до конца тогда станет ясна цепь книги и ее практическое приложе- ние Прекрасно понимая что в реальных условиях эксплуатации никакой математический аппарат не мо- жет дать строгого результата из-за неполноты и неопределенности исходной информации автор книги уделяет большое внимание физической сущности рассматриваемых явлений и закономерностей измене- ния остойчивости Именно в этих условиях, часто при остром дефиците времени, капитан должен правиль- но оценить ситуацию и принять обоснованные решения по обеспечению остойчивости Книга Ю П Макова — попытка в простои и наглядной форме, доступной широкому кругу судаводетепеи имеющих различную подготовку в области теории корабля довести да них общие сведения учения об остой чмвости Манера изложения пресмета оригинальна Автор использует подход в форме диалога с капита- ном. апробированный во время проведения занятий в Институте повышения квалификации Накопленный опыт позволяет автору расставить правильные акценты на тех аспектах учения об остоймявости, которые наиболее трудно воспринимаются аудиторией. В этом состоит една из привлекательных особенностей книги Ю И Нечаев док’ор технических наук, профессор Санкт-Петербургского государственного морского технического университета в Ю Мм» ПспЫчижосгк Ч-г> эго чмо» 1 ДЗаалог» с чпиантти)'
Вся суть в отвюм якмнстванном завета: То, что скажу, йо времени тая Я ото знаю пунше «со» к 000'0 - Живых и мбртвьо. знаю толыю я. Сказать то слоев никому другому Я мжота вы ни за что на емок Пареооаеритъ Даже Льву Толстому Напьая. Не скажет пусть севе ои Бог. А я таш смертный. За свой в ответа. Я об Сюном при жм*« хлопочу: О том. что знаю пунею веек на света. Сказать хочу и так. как я хочу. А. Твасроаом* ОТ АВТОРА_________________________________________________________________________ Нынешнее состояние нашего фпо’в оставляет желать много лучшего Среди прочих бед — катастрофическое старение флота А это значит, что на одно из первых мест выдвигается проблема безопасности плавания По данным ИМО (Международная морская организация) примерно в вО% аварий суров все решал “человеческий фактор". Несколько лет тому назад мне пришлось в соответствии с представлением Западной транспортной прокуратуры проводить занятия с капитанами на курсах повышения квалификации в ВИПК И вот здесь выяснилось, что многие капитаны недостаточно разбираются в вопросах остойчивости, не знают свойств своего судна. Так было на теплоходе "Сытое'. когда были нарушены все требования к остойчивости, и капитан сам толкал судно на грань гибели Так было и на "Балтийских золях', когда капитан, желая спасти судно, выбросился на риф. не осознавая, что судну в этом состоянии ничто не угрожало, а остойчивость его была вполне достаточной, хотя у него и был затоплен отсек Судовладельцы несут колоссальные убытки Книга, которую Вы сейчас держите в руках, появилась на свет благодаря многочисленным просьбам капитанов Я убежден, что формального выполнения требований различных инструкций уставов и т.п недостаточно для грамотной безаварийной эксплуатации судна лпи ведения борьбы за его спасание Между тем. многолетнее общение автора с судоводителями и судомеханиками показывает, что многие из них не понимают физических основ поведения их судна в море V рядя моряков существует слепая вера в непогрешимость их расчетов, в частности, остойчивости судна. Они совершенно не дают себе отчет в том, что при разработке схем таких расчетов моти быть заложены существенные допущения. которые о ряде случаев могут просто обесценить конечный числовой результат. Предлагаемая Вашему вниманию работа ставит целью помочь судоводителям, командному составу судна понять физические основы поведения судна в море в различных условиях плавания Это позволит более грамотно осмысленно, экономически эффект вино и безопасно вести эксплуатацию судна О чем эта книга ? Поведение судна в море определяется его мореходными качествами Для удобства их изучения они были искусственно "разложены по разным полочкам" плавучесть, остойчивость, непотопляемость и тд Между ними нет четкой физической границы 0 книге рассматриваются такие вопросы как плавучесть и посадка судна, влияние груза (в том числе жидкого) на его остойчивость: накренение судна под действием статического и динамического кренящего момента возникновение кренящего момента от действия ветра: непотопляемость судна, физические основы нормирования остойчивости и непотопляе- мости и требований, предъявляемые к ним Российским Морским Регистром судоходства и Можфунарсднои морской организадней (ИМО) информационное обеспеченно остойчивости и непотопляемости, остойчивость судна в различных условиях плавания Глава 10-я написана Ю. И Нечаевым, профессором, доктором технических наук, признанным Ю Маме ОстиТмиеост» Что ото тахое ’ Диапопт с aawroTOM; 9
специалистом как я области теории корабля так и области интеллектуальных технологии и посвящена вопросам интеллектуальной поддержки судоводителей, которые, бесспорно станут приоритетными в XXI веке. Отдельная глава посвящена решению практических задач В приложениях приводятся современные информационные материалы, позволяющие на судне вручную решать практически все задачи, которые раньше были под силу только компьютеру Данная книга рассчитана прежде всего на моряков промыслового и тортового флота а также может быть использована специалистами береговых служб флота, штабов спасательных операции оказывающих консультативную помощь судам терпящим бедствие Но она может быть полезна не только морякам У судостроителей и эксплуатационников разные задачи Судостроители обязаны не только понимать физические основы поведения судна, но и уметь рассчитать различные мореходные качества численно. Так как зти расчеты обычно весьма трудоемки, судостроители должны их сделать заранее и результаты привести "в форме, удобной для логарифмирования' (как когда-то говорили в школе), то есть - дать морякам документ, удобный для практического использования на судне Поэтому эта книга будет полезна студентам технических университетов и курсантам мореходных училищ, инжонеоамкораблестроителям Книга написана на основе курса лекций, читавшихся автором студентам факультета "Судостроения и энергетики" Калининградского государственного технического универ ситета. капитанам судов в Институте повышения квалификации руководящих работников и специалистов рыбного хозяйства В книге использованы результаты многолетних работ автора и коллектива Отраслевой научно-исследовательской лаборатории мореходных качеств промысловых судов при К1ГУ, опыт работы в Штабе спасательных операции "Калининградрыбпрома", многочисленные встречи и беседы автора с капитанами промысловых и транспортных судов. Книга написана в форме диалога с воображаемым капитаном. Капитан в качестве оппонента показался автору предпочтительнее студента, так как он имеет практический опыт управления супном. (Хотя можно считать, что под буквой "К"скрывается и "курсант') Многие его вопросы на самом деле задавались капитанами во время занятии. Некоторые вопросы придумал я, потому что на них у меня есть хороший, как мне кажется, ответ. Я старался не злоупотреблять использованием формул, хотя совсем без них обойтись не удалось За кажущейся легкостью изложения скрываются иногда очень серьезные вощи И хотя я стремился о сложном говорить просто, прочтение книги потребует некоторых усилии Остойчивость стоит того, чтобы с ней получше познакомиться, раз люди даже посвящают ей поэмы/ (Поэму об остойчивости вы найдбте а конце книги ) Я хочу выразить искреннюю благодарность всем рецензентам. взявшим на себя труд ознакомиться с рукописью книги Их замечания и советы во многом способствовали улучшению содержания Особая моя благодарность Валентину Павловичу Шупику. В прошлом он — капитан дальнего ппавания. а сейчас — доцент кафедры промышленного рыболовства нашего университета. Он смотрел на эту книгу и тазами капитана, и тазами преподавателя Наши многочисленные жаркие дискуссии привели к тому что в книге появились новые разделы, а некоторые из старых подверглись корректировке Я надеюсь пригласить капитана совместно поразмышлять о свойствах его судна, понять, надо пи производить в том пли ином случае какие-либо расчеты /на многие практические вопросы можно ответить, не делая никаких расчетов), и если надо то почему их делать так а не иначе, и как интерпретировать полученные результаты. В добрый путь! Автор
1 ГЛАВА ПЛАВУЧЕСТЬ И ПОСАДКА Автор: Что такое “Плавучесть судна”? Капитан: Плавучесть — это... способность судна плавать А: Совершенно верно. Как пишут в учебниках: "Плавучесть — это спо- собность судна плавать в положении равновесия на поверхности воды неся на себе все положенные по его роду службы грузы**. Кстати, а почему железное судно плавает на поверхности воды, а железный топор — тонет? К: Ну. это просто! Все зависит от плотности (или удельного веса) материала А: Но ведь и судно, и топор - железные и плотность материала одинакова К: Да, но объем, занимаемый ими, разный И вообще про это говорил еще Архимед. А: Ну и что же он говорил? Что вы помните об Архимеде, кроме того, что он сидел в ванне и кричал “Эврика!”? В чем суть закона Архимеда? К: "Всяко тело, впэртэ в воду, выперае на свободу!" А: А если серьезно? К: А если серьезно, то “на погруженное в жидкость тело действует вы- талкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости" А: Это все? К: Да, кажется, все... Хотя нет Там что-то еще вроде “равнодействую- щая сил давления равна весу вытесненной жидкости и приложена в цент- ре тяжости вытесненного объема" В теории корабля он называется центром величины А: Вы уверены, что равнодействующая приложена в центре тяжести подводного объема? К: Да, конечно. А: А хотите, я докажу, что это не так? К: Попробуйте. ‘ В рамках ‘Статики* мм буаом рассматривать суо« без кода ипи считать что аго скорость настолько мала. что силами тидрооинамнчаскон природы можно пренебречь. хотя при больших скоростях они могут оказывать cyiaecTBe-ное кпияи^е и на посадку н «а остойчивость. МИков ОстЫчииость... чтя это такое 7 Диалоги с капмтаиомГ 11
ГНАЛА 1 ПЛАВ УЧЕСТЬ И ПОСАДКА 1.1. ЧТО ЖЕ НА САМОМ ДЕЛЕ ГОВОРИТСЯ В ЗАКОНЕ АРХИМЕДА? А: Пусть судно имеет форму цилиндра с обводами мидельшпангоута Согласны ли вы, что криволинейный обвод шпангоута можно заменить ло- маными линиями? Если их отрезки выбрать очень малыми, то и получится Рис 1.1 Реагьыый и схема гимны» овмты шпангоута Рис. 1 3 Положение ЦТ noaixwxoro объема Рис 1 < Распределение данпении воды на снище Рис I 5 Раанапойс'вгощне сил лампе нии вады на оише с хяашхо йерта реальный обвод (рис 1.1). Поэтому достаточ- но рассмотреть один такой плоский участок, чтобы понять, что будет со всем судном Как известно из физики (или, если хотите, из гидромеханики), давление воды направлено по нормали к поверхности Поэтому вертикальные, плоские участки обшивки дадут горизонтальную силу давления и силы поддержания они не соз- дадут. Давайте рассмотрим упрощенный обвод судна, как на рис. 12. Не возражаете? К Нет. пожалуйста. А: Где находится центр тяжести этого под- водного объема? К Ну, если его сечение - треугольник, то в центре тяжести этого треугольника, а это на 1/3 осадки от ватерлинии (точка С на рис. 1.3). И в ней приложена сила поддержания /1/. Так утверждает Архимед А: Это — в вашей интерпретации Будем рассуждать дальше Но прежде я хочу обра- титься к вам с просьбой: следите за моими рассуждениями' И сейчас, и в дальнейшем. И как только с чем-то будете не согласны, сразу же останавливайте меня. Я иногда могу сознательно вводить вас в заблуж- дение правдоподобными рассуждениями, чтобы проверить вашу бдительность. Итак, продолжим Известно, что величина гидростатического давления выражается следующей формулой: р = р.*Х?, где р„ - атмосферное давление; у- удельный вес воды; h - глубина погружения заданной точки Рассмотрим несколько упрощенную картину. Будем говорить только об избыточном давлении 12 Ю. Ма*ое "Ос г> Что »Ю такое ? &*ыог* с '
тлкел i лллвгчссть и посждкх воды. Тогда p-fh^ эпюра избыточного давления воды на днище будет выглядеть, как на рис 1 4 Заменим распределенные по днищу сипы давления равнодействующими, рис. 1.5. В теоретической механике доказывается, что в твердом теле сипу можно переносить по линии ее действия и от этого ничего не изме- нится Перенесем эти равнодействующие силы по пинии их действия в т. А, рис 1.6*. Сложим их по правилу параллелограмма Вот вам и равнодействующая сил поддержа- ния, которая “приложена" в точке А. а она находится вообще вне подводного объема. Ну, что скажете? К: Но вы же сами напомнили, что в твер- дом теле, а судно — тело твердое, силу мож- но произвольно переносить по линии ее действия. Эта сила идет вертикально, значит, она пройдет и через точку GI А Все правильно. Равнодействующая силы поддержания проходит через центр величины. Я прицепился к вашему слову "приложена'’ Приложены силы давления воды к обшивке, а их равнодействующая дроходит через центр вели- чины Будем изображать ее. как на рис 1.7 Напоминание Всунемся к формулировке закона Архимеда Ваша формулировка но совсем полная, На самом деле этот закон формулируется примерно гак: Тело, погруженное в жидкость, теряет • весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость. Сипа поддержания жидкости направлена по вертикали вверх и проходит через центр тяжести погруженного обкома тела Свободно плавающее в жидкости тело будет находиться в равновесии если сипа под- держания жидкости будет равна весу тела, а центр тяжести тела и центр тяжести его погруженного объема будут находиться на одной вертикали А: Понятны пи вам эти формулировки? К: Да, понятны. А Ну, хорошо. Попробуем рассмотреть такой пример 12. КАК БУДЕТ ПЛАВАТЬ ТЕЛО? А* Если взять какое-нибудь тело и бросить его в воду, а его плотность меньше плотности веды, то тело будет плавать в каком-то положении А если его бросить еще и еще раз? Это положение каждый раз будет одним и тем же? * В 'Статике* судно рассматривается как абоолотно -жОроо* тело Это очередное вогушяяхв. однако, как локазьаает практияа. учет деформации корпуса при иэучетям мсрекоо-ык качеств, существенно усложняя расчеты, но повышает их точности, и уж тем более не вносит качественный изменений я кк результаты Ю Какое -Остойчивое-».. Что это *акок' (Оиалсги с опггачоы)' 13
Г MBA 1 ПЛАВУЧССТЬ И ПОСАДКА Pre 1 8 Teno прежзеопьмой формы Рис 1.9 Положение ЦТ tena Ржс 1 11 Распрепопение давлении воем Рис 112 Возникновение пары сип К Да. А: А каким? Вот, например, цилиндрическое тело с поперечным сечением, показанным на рис 1.8 Допустим, его плотность в два раза меньше плотности воды Тогда над водой и под водой будет по половине площади его попереч- ного сечения. Проведите на глаз ватерлинию, по которую оно будет плавать К: Надо знать, где будет находиться центр тяжести этого тепа А: Ну. например, в точке G. рис. 19. Если я осторожно погружу это тело до ватерлинии IV,L, при которой площадь поперечного сече- ния тела выше ватерлинии равна площади по- перечного сечения ниже ватерлинии, и отпу- щу руки, оно останется в этом положении (рис 1 10)? К:...? А: А будет это положение положением рав- новесия? Что по этому поводу “говорил" Ар- химед? К Он говорил, что сила поддержания долж- на быть равна силе веса, а центр тяжести и центр величины находиться на одной вертика- ли Силы у нас равны, так как равны площади сечения под и над ватерлинией Давление во- ды направлено по нормали к поверхности те- ла, рис. 1.11. Центр величины находится при- мерно в точке С. Так как центр величины и центр тяжести не находятся на одной вертика- ли, то у нас появится лара сил, которая создаст момент и будет поворачивать тело по часовой стрелке, (рис. 1.12). Тело будет последовательно поворачи- ваться. как показано на рис. 1 13 - рис 1 14, до тех лор. пока точки G и С не окажутся на одной вертикали (рис 1 15) При повороте тепа точка С будет менять свое положение, а точка G остается на месте. А: Великолепно! А теперь применим это к судну. Как оно будет плавать при определен- ном водоизмещении D и положении центра 14 Ю Малое хХгойчмвосгь... это талое ? ьДнапогм с яллитажм*)’
ГЛАЗА I. ПЛАВУЧЕСТЬ И ПОСАДКА тяжести по длине х* по ширине у, и по высоте z,? Какова будет его посадка? 1.3. КАК БУДЕТ ПЛАВАТЬ СУДНО? Напоминание Я хочу напомнить. что водоизмещение"— это ко- личество Утзмещбнной' (вытесненной) воды и оно может быть измерено тремя способами • а обьемных единицах — тогда это объемное водоизмещение У. и’. - е весовых единицах — тогда это воссвое водо- измещение D. кН; в массовых единицах — тогда это массовое во- доизмещение М, т. Все это в принятой сейчас международной систе- ме единиц СИ. Между этими водоизмещениями существует математическая связь: УжО/ужМ/р D-yV-gM. (1.1) МжрУ. D.g где у — удельный вес воды, для морской воды уж 10.05 кНЛи1; р—плотность вены: для морской аогь; р = 1.025 тА/р; g—>oupw*e сяоОоднсур лщщгыя: g = 9 81 мА? Кроме того, у-pg Все эти водоизмещения равноценны, и мы будем пользоваться то одним, то другим поня- тием в зависимости от того, какое будет удобнее для данной задачи. Например, сейчас удобнее воспользоваться весовым водоизмещением, поскольку весовое водоизмещение - это сила, а в задаче о равновесии участвуют сипы А: Как будет проходить равновесная ватерлиния? Другими словами, какова будет посадка судна, если известно его водоиз- мещение D и координаты его центра тяжести — точки G - х,. у, и Z,,? Напоминание Напомним что посадкой называется положение Рис 1.14 Промежуточное гкпожонио тепе Рмс 1.15 Равновесное положение тела судна по отношению к поверхности воды Она определяется тремя параметрами: средней осадкой Т. углом крена 0 и * Термин 'еосеизмешение* в равной степе»» относится как к вытесненной воде. так и к судну. Массовое ммюиэмвщение — это и масса всех конструкций и грузов судка, и равная ой масса вытесанной судном воды, весовое аоосииме<иение — это и вес всех конструкций и грузов судна, и вес вытесненное им воды, объемное еооонэмпшоние — это и объём подводной части судна, и объём вытесненной им вод». Ю Мтхсе •О.-гсйчдаость что эго такое ’ (Скакун с халмтаом)' 15
глава i плавуч « гь и посадка - углом л Оферента у Средни» <» лдха и утоп дифферента могут быть, тюнозначно заменены на осадку носом Т. и осад*у кормой Т.. К: Ватерпинию надо провести так. чтобы сила /Убыла равна D а ЦТ и ЦВ находились на одной вертикали Рис 1 16 Равновесное положение судна А: Совершенно верно. И это будет выглядеть примерно так (рис. 1 16) А математическое выражение равновесного состояния судна помимо выражения О yV можно получить из рассмотрения треугольников, выделенных на рис 1.16: Обычно у судов угол дифферента у сравнительно мал. Если положить fgyr = О, то окажется, что х, = х<. (1.3) Напоминание Здесь я точу сделать еде несколько напоминаний из теоретической механики, кото- рые будут важны нам в дальнейшем для понимания Строго говоря, а природе ни сил ни моментов не существует Все эти понятия -придума- ны* учбными для того, чтобы можно было математически описать движение ten. В своих рас- суждениях мы будем « силам относить не только -внешние сипы которые действуют на наше тело со стороны других тел, но и -внутреннюю — сипу инерции Если действующа» на свободное тело сила проходит через центр масс (тяжести), то она может перемещать это тело только поступательно. Если сила но проходит через центр тяжести, го она будет и перемещать тело поступатель- но вместе с центром тяжести, и поворачивать. Чтобы рассчитать такое движение тепа поступают следующим образом В ЦТ прикладывают дао сипы - Р и Р,. равные по величине сипе Р. параллельные ей и противоположно направленные От этого ничего не меняется. Это равносильно тому, что сипа Р перенесена параллельно самой себе на расстояние I так. что она проходит через центр тяжести, но. чтобы ничего не изменилось, добавлена пара сип с моментом М * РI (рис 117) В дальнейшем, когда мы будем рассматривать остойчивость судна, очень важно научиться видеть, огкуда берется пара сил, создающих кренящий момент. 16 Ю йЬгоа Ot-rrw-MKxii. Что ИО чи» ’ ОЬмлоп с «апи-ано»!'
Г ИАНА I (ViAti^tClb И (ЮСАДКА Рис 1 17 Параллельный перенос силы 1.4 ПРИЕМ МАЛОГО ГРУЗА А А теперь рассмотрим такой пример, как изменится посадка судна. если на него принят малый груз р с абсциссой хр, рис. 1 18? Кстати, а какой груз называется малым? К: Груз, который составляет не более 10-12% от водоизмещения. А А почему столько? К: Так написано в учебниках А А что произойдет, если груз будет 20% от водоизмещения? К: Судно сядет глубже. А А почему такой груз нельзя считать малым? К:.. .? А: Ну, хорошо До каких пор будет погружаться судно, если на него принять груз массой т тонн? К: До тех пор, пока силу веса Груза р « дт не уравновесит до- полнительная сипа поддержания. В воду войдет объем v и это создаст дополнительную сипу под- держания yv = р. А Если судно до приема груза си- дело без дифферента, а мы груз при- нимаем в диаметральной плоскости, то после приема груза появится диоферент? К: В общем случае — да. А А куда надо в частном случае" принять груз, чтобы дифферент не возник? Рис 1.19 Положение ЦТ дополнительною объема К: Надб подумать. Попробую рассуждать так. При приёме груза судно садится глубже и возникает дополнительная сила поддержания yv. Где она Ю Мааов Огтоймгьостъ Что это тмде ’ бЭылол» с ' 17
ГЛАВА I ЛЛАВУЧССТЬ И ПОСАДКА будет приложена? Она будет прило..., нет, она будет проходить через центр тяжести дополнительного объема, рис. 1.19. Дифферентующий момент не возникнет, если сила р и сила yv будут находиться на одной вертикали. Значит, груз надо принять на одной вер- тикали с центром тяжести дополнительного объема А: А где будет находиться этот центр тяжести? К: Если пренебречь изменением площади ватерлинии при изменении осадки, то в воду войдёт цилиндрический объем и абсцисса ЦТ объема будет совпадать с абсциссой ЦТ площади ватерлинии (т.Е). Значит. хр должна равняться х, А: Совершенно верно. Но попутно вы ответили на вопрос, какой груз может считаться малым? Малый — это такой груз, при приеме которого площадь ватерлинии изменяется пренебрежимо мало. Тогда объем, во- шедший в воду, может быть подсчитан как объем цилиндра с основанием S и высотой ST: v=SST (1.4) К: Значит, груз этот может быть больше, чем 10-12% от D? А: Конечно Если борта у судна вертикальны (например, у плавучего крана), то груз в 50 и 100% от водоизмещения может считаться малым и можно спокойно пользоваться формулой (1 4). Однако вернемся к нашему вопросу и рис 1.18 Так как же будет сидеть судно? Попробуем рассуждать дальше. Ясно, что судно и сядет глубже, и появится дифферент. Разделим эту задачу на две Если принять груз р в точку с абсциссой л, то судно под действием силы р сядет глубже на величину ST * v/S = p/yS = m/pS. А теперь перенесём груз в точку с абсциссой Хр. Чтобы ничего не изменилось, надо добавить мо- мент М„, рис. 1.20 М. = р(х, X,). Тогда судно под действием диф- ферентующего момента М„ повер- нётся на некоторый угол у/. Напоминание Для практических расчетов при вычис- лении изменения осадки часто используют величину <?_ — число тонн на 1 см осадки, pS/1 ОО т/см Если же используются силы, то вычис- ляется число кН на 1см осадки q"^= vS/IOOkHCm Пересчитать одну величину в другую можно по формуле q‘—= q— g * 9.81 q*. 18 Ю Uxoa tX-тай-коос-» Что jro woe ’ ghanm c umrraMw)*
глава 1 гкиагчестъ и посадка Для морской роды р я 1 025 тЛи‘. а у« 10.05 кНЛг3. Напомню здесь же. что в практике используется величина момента, дифференту то- щего судно на I см М..,. • DH,.(100L) Здесь Н, = R.*Z,-Z, — начальная продольная метацентрическая высота А вокруг какой точки оно будет поворачиваться? К: Вокруг точки пересечения мидельшпангоута и новой ватерпинии А: Нет, это неверно. Напоминание Я не буду сейчас приводить доказательство (ого можно найти в любом учебнике по теории корабля), а просто напомню формулировку известной теоремы Эйлера Две равнообьемные ватерпинии при бесконечно малом угле наклонения пересе- каются по прямой проходящей через ик общин центр тяжести". Сюит еще напомнить, что равнообьемными называются такие ватерлинии при кото- рых объемы вошедшего в воду клиновидного отсека и вышедшего из воды равны Такое бывает, например, при переносе груза и не может быть при приеме груза на судно. Таким образом, при равиообьемном наклонении судно вращается вокруг оси. прохо- дящей через центр тяжести площади действующей ватерлинии (т. F) Теперь мы можем ут- верждать, что (рис 1 21) прием груза в г.р равносилен приему над т F и переносу его в гр К: А на какой угол повернется судно7 Рис. 121 Приём груза в произвольной точке равносилен приёму груза над центром тяжести площади действующей ватерлинии (при этом судно садится глубже) и пермюсу его заданную точку (при этом судно повернётся вокруг этой точки F на некоторый угол). А: Об этом мы поговорим позже, когда начнём разговор об остойчи- вости. 1.5 ИЗМЕНЕНИЕ ПОСАДКИ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ СОЛЕНОСТИ ВОДЫ А: А сейчас рассмотрим вопрос об изменении посадки при переходе судна из воды с одной солёностью в другую. Изменение солёности воды сопровождается изменением её плотности. Будем рассматривать случай, когда при таком переходе водоизмещение судна не меняется Обозначим через р, плотность воды, откуда вышло судно, а через р, - плотность воды, куда оно пришло. Тогда уравнение плавучести (1.1) может быть записано: О *ОС^ОЙЧМ0ОСГВ Что ЭТО 7 (Дилпогм с ЛЛЛНГЯНО*)' 19
ГЛАВА I. ПЛАВУЧЕЫЬ И ПОСАДКА M-p,V, и M=p:V: Отсюда можно получить новое объёмное водоизмещение Pi Так как изменение объемного водоизмещения будет малым, можно считать, что в этих пределах борта остаются вертикальными и этот объём можно найти как объём цилиндра dV=S ST, тогда £ку _у gj- _ 1 j. Pi_______ш 11. Р< ~£- - Pt ~ Р: _ д,Р| ~Рз у 5 S S S р; aLB р, * р, '' Если судно перешло из пресной воды (р,=1 0 t/mj) в морскую (р?=1.025 т/мэ), то, принимая для коэффициента вертикальной полноты среднее значение /=0.75, получим: 5Т--ОО2Г,. Это значит, что первоначальная осадка уменьшится примерно на 2% У большинства современных судов при уменьшении осадки центр величины смещается в нос (см., например, Приложения рис П.1), а при увеличении осадки - в корму. Поскольку вес судна и положение его центра тяжести при переходе в воду с другой солёностью не изменяются, то нарушится условие равновесия (1.3) Хд=Хс (рис 1 22). Поэтому при переходе из пресной воды в солёную корабль всплывёт (2) и получит дифферент на корму, а при обратном переходе корабль сядет глубже и получит дифферент на нос (1).
2 ГЛАВА ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ А: Что такое остойчивость судна? К: Остойчивостью называется способность судна, выведенного из поло- жения равновесия, возвращаться в него после прекращения действия причины, вызвавшей это отклонение А: И если эта способность у судна есть, то оно остойчиво, а если нет, то не остойчиво? Так? К: Так. А: Вот вы, кажется, давно плаваете? Вам постоянно приходится следить за остойчивостью судна. Как же вы это делаете? Вы ведь согласны с тем. что остойчивость судна постоянно меняется: сегодня она не такая, как была вчера, а завтра будет не такая, как сегодня? И вот вы хотите узнать, какая остойчивость у судна сейчас, вот в это мгновение. ' А сейчас — шторм, ветер, волны... Судно кренится на правый борт... И вот, чтобы узнать, остойчиво ли оно в эту минуту, надо, чтобы затих ве- тер, исчезли волны (ведь это они вызвали отклонение судна от положения равновесия !) и тогда можно будет посмотреть: будет ли судно продолжать крениться дальше или вернется в первоначальное положение И как же вы это делаете? К: Гм... Чтобы оценить остойчивость, я рассчитываю нагрузку судна, опре- деляю возвышение его центра тяжести, сравниваю его с критическим воз- вышением А: А говорили, что для этого надо прекратить действие причин, вызвав- ших отклонение”! К: Да, пожалуй, это определение не очень удачное Но так пишут в учебниках! А: МожТет быть, вы теперь предложите более удачное определение? К- Ну. теперь бы я сказал, что остойчивость — это способность судна... соп- ротивляться внешним силам, вызывающим кренящие моменты: ветру, волнам... Ю Макс* Остойчивость 1 с 21
тлел г остойчивость судна Общие харлктсгистики А: С этим и я готов согласиться. А то, что вы раньше говорили, на мой взгляд скорее относится к определению понятия положения равнове- сия — устойчивость. 2.1. РАВНОВЕСИЕ И ОСТОЙЧИВОСТЬ Напоминание Судно, как к любое твердое тело, будет находиться в положении равновесия, если равнодействующая всех сип будет равна нулю и равнодействующая моментов всех сип также будет равна нулю. Если тело, выведенное из положения равновесия малыми возмущающими силами (мо- ментами). стремится вернуться в это положение, го говорят, что это положение равновесия устойчивое Если тело остается в новом положении то говорят, что положение равновесия безразличное (нейтральнее). Если тело при малых возмущениях стремится увеличить отклонение, то говорят, что положение равновесия неустойчивое Плавающее судно имеет 6 степеней свободы, и произвольное малое возмущение может быть разложено на б составляющих: три поступательных перемощения вдоль осей координат и три угловых перемещения вокруг соответствующих осей (положительные на- правления показаны стрелками), рис. 2.1. В Таблице 2 1 даны сводные характеристики положений равновесия судна Таблица 2.1 Сводом* квракюдост»» положении радоовесия сурна Ом чнимж» ым я» ВММЖМЙММГГ м» Ж UwaMMM V г liwnuni >п«в«ва ww Ч W 2.2. ТАК ЧТО ЖЕ ТАКОЕ ОСТОЙЧИВОСТЬ? А: Но вернемся к нашему определению понятия “остойчивость" Мы решили, что нам больше подходит определение; “остойчивость —это спо- собность судна сопротивляться внешним кренящим воздействиям’. Эта способность может быть больше или меньше, достаточна, а может ока- заться и недостаточной. И что тогда? К: Тогда судно опрокинется. А: А если оно накренится на такой угол, что через открытый люк вода хлынет в трюм или сорвется с фундамента двигатель, то остойчивость такого судна вы будете считать достаточной? К Нет, конечно. Я бы тогда уточнил: остойчивость — это способность судна сопротивляться внешним кренящим воздействиям (или выдерживать внешние кренящие воздействия) без аварийных последствий. 22 О Ммоя ХЗстоЯчмость . что эго г»> о» ’ Диалоги с «апиганом'
ГПАВА t. ОСТОЙЧИвОСТЬ СУДНА ОЬШИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ А Ну, вот на этом мы и остановимся. А теперь обсудим такой вопрос Вероятно, со времен обучения в училище вы помните, что при изучении остойчивости ее разделяют на начальную и на больших углах крена, на поперечную и продольную, на статическую и ди- намическую и т.п. Как, по-вашему, зачем это делается? Это все принципи- ально различные способности? К: Думаю, нет. Пожалуй, все это делается для удобства. А Вы совершенно правы Остойчивость — это очень важное и очень сложное свойство судна Математически оно описывается весьма слож- ными уравнениями Но если посмотреть на него с разных точек зрения, под различными углами, то в ряде случаев при достаточной для практики точности эти математические зависимости можно существенно упростить. Этим постоянно пользуются на практике. 2.3. ЧЕМ МОЖНО ИЗМЕРИТЬ ОСТОЙЧИВОСТЬ А Как, по вашему, чем можно измерить остойчивость? К: Как это ’чем измерить”? А А так Секундомером? Метром? На весах взвесить? Чем можно ко- личественно измерить “способность судна сопротивляться"? К: Ну, раз судно кренит “кренящий момент", то сопротивляться ему бу- дет “восстанавливающий момент”. Восстанавливающим моментом и надо измерять остойчивость судна. А Значит "размерность остойчивости” будет такая же, как и размерность момента — Нм или кНм, Рассмотрим на некоторых примерах, как выглядит график восстанавли- вающего момента Пример 2.1 Прямоугольный брусок (кирпич) Если этот брусок, лежащий на твёрдой поверхности, повернуть на угол 0 вокруг точки В (рис 2.2), то возникнет пара сил D и R с пле- чом ЕС, которое будет зависеть от размеров бруска и угла крена Обозначим его L Тогда /,= ЕС = ОС-ОЕ = (b/2)CosR - ZfSine и восстанавливающий момент будет равен Mtl=DI.= D((b/2)CosR - Z^Sinfi) Как будет выглядеть график этого момента (рис 2 3)? Если задаться конкретными зна- чениями D, b и Zg, то его легко подсчитать Рис 2 2 "Осточчивось' кирпича Рис. 2 3 Восстанавливающий мошон! кирпича О Маков ХТстокчивосгк. . что эго такое ’ Диалоги с калигаком,' 23
ГЛАВА 2. ОСТОЙЧИВОСТЬ СУОНА ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Определим пару точек. При 0=0, SmO=0, CosO=1 и М,ю=ОЬ/2 Определим угол О,, при котором /»= 0Тогда (b/2)Cost) ZgSinO = 0=> tgO, = b/(2Zg). Г рафик М« в сильной степени зависит от формы тела. Пример 2.2 “Ванька-встанька". Все мы помним детскую игрушку пяшка"), рис 2 4. Ванька-встанька" (или кукла "Нева- Секрет, почему “Ванька-встань- ка” встает после наклонения, за- ключается в том, что его центр тя- жести расположен ниже центра ша- ра и при наклонении возникает па- ра сил D = R и восстанавливающий момент с плечом GZ Так как обра- зующая шара — окружность, то при любом угле крена реакция R будет проходить через центр кривизны окружности - точку М и плечо восс- танавливающего момента будет !,= GZ = GMSinf), а сам момент М„= DI„ = D GM Sint). Это — синусоида, рис 2.5 2.4. ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЦЕНТРА ВЕЛИЧИНЫ. МЕТАЦЕНТРЫ А: Перейдем теперь к судну. Почему при его наклонении оно сопротивляет- ся? Почему возникает восстанавливающий момент? При наклонении судна меняется форма подводного объема Один борт входит в воду, другой выходит Рис 2 6 Кпмнмийные отсеки из воды (рис. 2 6) Значит, меняется и положение центра тяжес- ти подводного объема — он смещается в сторо- ну накрененного борта (т С?) Но не только в сторону, но и вверх. Обратите внимание на за- темненные клиновидные отсеки отсек объе- мом Sv с левого борта выходит из воды а с пра- вого борта такой же по объему отсек входит в воду Такие наклонения называются равнообъ 24 О Ммм "Остойчимс/^ Что эго такое7 (Омаоогм с «апмтамом
глава г остойчивость судна л.щис ханактсристики емными. (Именно такие наклонения мы и будем рассматривать) Подводный объем Sv с левого борта как бы перемещается на правый Можно считать, что центр тяжести этого объема переместился по пинии д,д} Тогда (в соответствии с известной теоремой теоретической механики) общий центр тяжести подвод- ного объема (центр величины) переместится по линии СтС; параллельной д<д,- так. 4T0CiCz/gg7=8v/V Момент этих клиновидных отсеков и будет восстанав- ливающим моментом Ма* №д,дг • напоминание При наклонении судна во всея возможных плоскостях (крен, дифферент, про- межуточные наклонения) центр величины опишет некоторую поверхность Ее называют поверхностью С- Если наклонение происходит строго и одной плоскости (например п плоскости ми дельшпангоута). то центр величины перемещается по определенной кривой, лежащей на этой поверхности. Она называется траекторией С_и в общем случае будет кривой двоякой кривизны пространственной кривой ’ Проекция траектории С на плоскость наклонения называется кривой С Эта кривая обладает рядом интересных (и важных) свойств, рис 2 7. эта кривая обращена всегда выпуклостью вниз и не имеет точек перегиба, разрыва и тд Это —плавная кривая; касательная в любой точке кривой параллельна соответствующей ватерлинии; в каждой точке зга кривая имеет свою кривизну; • центр кривизны кривой С называется метацентром (точка М). Метацентр - это не одна, а бесчисленное множество точек — кривая М. центр кривизны при Й-O' называется начальным метацентром (точка М„); радиус кривизны кривой С называется метацентрическим радиусом. Он может быть рассчитан по формуле rnL «’> г где I, — момент инерции площади действующей ватерлинии при данном угле крена относительно центральной продольной оси (м"). а V — объемное водойтмещение судна (м') Мот ацентрический радиус при поперечном наклонении (крене) называется малым (поперечным), в при продольном наклонении — большим (продольным) Метацентричес- кий радиус при н=<7 называется начальным метацентрическим радиусом (rj. равнодействующая силы поддержания всегда проходит через точки С и М. • с точки зрения математики кривая М является эволютой (оберткой) кривой С. а кривая С — эвольвентой (разверткой) кривой М: пиния рейс твин силы поддержания являющаяся нормалью к кривой С, будет касатопь ной к кривой М в точке, которая является поперечным метацентром для данного угла крена; кривая М может иметь точки возврата, при этих углах крена функция т(О) будет иметь максимум или минимум; точка пересечения линии С,М, с диаметральной плоскостью (точка М' , рис 2 7) называется прометацентром (фиктивным метацентром, ложным метацентром). При нулевом угле крена -истинный- метацентр и -прометаценгр- совпадают; ♦ Как ии странно, на этот вопрос обычно дается ответ, что кривая также будет плоской Хотя нетрудно уыяоеть. что при •мярок-ении судна носовой чести в «оду меньшие объемы. а кормовой части большие (в корме шпангоуты более полные) Слооователъио центр величины полжеи смешаться не только о сторону чакреняния, но и • коему Ю Мысе ХЗстоЫавхть чтоато гает’ДначогискэгытаноыГ 25
ГЛАВА I ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА ОЫЦИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ если судно а наклонном положении находится в равновесии, то ею значит, что точки С. G и Млежат на одной вертикапи Если при этом точка G пелит ниже М. то положение равновесия устойчивое. е спи G выше М, то неустойчивое. Если точки G" М совпадают, то положение равнояесих Стехражпичноо ' 2.5. ВОССТАНАВЛИВАЮЩИЙ МОМЕНТ. ПЛЕЧО СТАТИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ А: Вернемся, однако, к обсуждению возникновения восстанавливающе- го момента, рис. 2.7. Его величина зависит от величины силы D (весового водоизмещения судна) и плеча между силами D и yV Положение первой силы D опреде- ляется положением центра тяжести судна G, а направление — углом крена 9 Положение и направление второй силы yVопределяется положением цен- тра величины Се и метацентра М„. Положение центра тяжести определяется при расчете нагрузки судна, а положение центра величины и метацентра — при расчетах статики судна. Эти расчеты в принципе просты, но очень гро- моздки, так как их приходится проводить по теоретическому чертежу мето- * Пли »ю<ю ычкгатапы'ыа жи- сч'—и сгомь vbuOi«> исгкумомтъ прсыагамнф (мы ио ужим • аальмейыем). 26 Ю Маков ’Остойчивость Что эго такое? flaanane с кап»»т*мом> *
ГЛАВК 2. ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА 06UMC ХАЯАКТГРИСГИКИ дам и приближенного интегрирования Сейчас эти расчеты проводятся в конструкторских бюро на компьютерах при проектировании судна. Резуль- таты этих расчетов представляются в различной форме: в виде таблиц, диа- грамм. номограмм Задача конструктора — дать их в такой форме, чтобы ими было удобно пользоваться капитану в практической работе К сожале- нию, сейчас эта задача далека от своего оптимального разрешения Наша цель — научиться определять плечо статической остойчивости /,= GZпри любой нагрузке и при любом угле крена (кривые С и М зависят от D и Вы. вероятно, помните, что плечо статической остойчивости опреде- ляется через плечо остойчивости формы и плечо остойчивости веса. В свою очередь, эти плечи будут разными в зависимости от того, от какой точки их измерять. Обратимся опять к рис 2.7. Возьмем угол крена, например. 40е Мы будем опускать перпендикуляры на линию действия силы поддержания СМ. (кстати, кривая С совершенно аналогична образующей “Ваньки-встаньки", рис 2.4). • перпендикуляр из точки G - GZдаст плечо статической остойчивости Ц • перпендикуляр из точки Со - С<£ даст плечо остойчивости формы , • перпендикуляр из точки К (киль) — КА даст плечо остойчивости формы от киля 4. Чаще всего конструкторы выбирают точки Со или К, но иногда берут произвольную точку (произвольный полюс р). С точки зрения науки, все точки равнозначны Все определяется удобством последующих расчетов или вкусом конструктора. В зависимости от выбранной точки (Со или К) будут разные плечи остой- чивости веса. Это будут С0Гили КВ. рис 2.7: (, = CjF = (Zg - ZcjSinO = a Sind (2.2) L » KB = Ze Sine. (2.3) Общее выражение для плеча статической остойчивости будет = (2.4) Кривые плеч остойчивости формы в зависимости от водоизмещения на- зываются пантокаренами и обычно даются в судовой документации Наломимаиие Пантокарены обычно рассчитываются для судна на ровный киль, хотя в жизни супа пла- вают с различными дифферентами. При этом изменяются форма подводного объема (И. зна-иг и кривые С и Ml. плечи остойчивости формы и диаграмма статической остойчивос- ти Поэтому надо было бы рассчитывать пантокарены не только на ровный киль. но и при различных дифферента» (или Но тогда получится не одна диаграмма, а целый альбом диаграмм Этого сейчас никто не делает, Чтобы при расчетах получить достаточно томтые значения плеч диаграммы статической остойчивости. надо пантокарены построить в соответствующем масштабе Так как при различ- ных углах крена меняются от нескольких сантиметров (при малых углах крена, при нулевом ТО Мо» Ос-Ычиксгь Что зп гам» ’ (Дяыюп с илипжн»/'
ГПАЛ* 2 ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА ОьЩИГ ХАРАКТЕРИСТИКИ уте крена 1^0) до нескольких мегров (при больших углах крена они достигают 5-Ю метров в зависимости от размеров сурна), то поневоле конструктору приходится брать мелкий масштаб или значительно увеличивать размеры чертежа А это доставляет неудобства при пользовании Сейчас я буру “петь гимн"прометаиентру. Последнего недостатка (увеличения разме- ров чертежа) можно избежать, если пользоваться не I- или , а однозначно связанной с ними величиной возвышения прометацонтра Zm'-KM' рис 2 7 Из рис 2.7 видно, что z J*-+z <25> Sine S/пв *’ Если возвышение промегацентра достигает 6-10 метров в зависимости от размеров суд- на. то его изменение для различных утлое крена (от нуля до девяноста градусов! не пре вы шает одного - полутора мегров А это означает, что на том же по размерам чертеже значе- ния Zm можно получить с точностью на порядок (в 10 раз!) большей. чем V (сравните рис. П.2 и рис. П.З Приложения). Поэтому дальше мы будем для практических расчетов пользо- ваться кривыми Zm Кроме того, они будут подсчитаны для различных дифферентов судна (различных XJ и представлены в компактной форме в виде номограмм, что даст возмож- ность рассчитывать диаграммы статической остойчивости с учетом дифферента Используя кривые Zm . плечи статической остойчивости рассчитываются для любого угла крена по формуле t • (Zm' ZJ SmO (2.6) 2.6. ВОССТАНАВЛИВАЮЩИЙ МОМЕНТ И ПЛЕЧО СТАТИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ КАК МЕРА ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА К: Мы раньше договорились, что "измерить остойчивость", "измерить способ- ность судна сопротивляться внешним кренящим воздействиям” можно с помо- щью восстанавливающего момента Если восстанавливающий момент боль- шой. то и остойчивость большая Если маленький, то и остойчивость малень- кая Но диаграммы статической остойчивости строятся не только в моментах, но и в плечах Я много ходил и на малых судах, и на крупных и видел разные диаграммы статической остойчивости. И вот что мне непонятно Диаграммы статической остойчивости всех судов в плечах очень близки Закат диаграммы градусов 60-70. максимальное плечо 0.5-1.5 м и тд. Суда по водоизмещению могут отличаться в сотни и тысячи раз. Маленькое судно чуть пи не рукой мож- но наклонить, а большое судно никакими сипами не сдвинуть с места. Значит, их остойчивость отличается очень сильно, а диаграммы статической остойчи- вости могут отличаться всего в полтора - два раза Как же можно по такой ди- аграмме оценивать остойчивость судна? А мы все время делаем расчеты по диаграмме в плечах. А: Вы правы Диаграммы статической остойчивости обычно изобра- жаются в двух видах: M»=f(0) и lv—f(0). Размерность момента [Мг1] = кНм, размерность плеча [1«] = м. Как же можно линейкой, метром измерить способность судна сопротивляться? Давайте посмотрим, как получается плечо статической остойчивости. Оно получается, если восстанавливающий момент разделить на весовое водоиз- 28 Ю Макав 'Остоймивастъ Что >го гаков ? (Цнажм с капитаном
ггшм г осгоичивосгь СХДИ4 ОЫСК1 ХАРЛК ИЛИ. ГИКИ мощение /н = М. / D. На самом деле размерность плеча статической остойчивости 140000 120000 100000 0000 «оооо 40000 20000 о О И 40 Ы К> 100 0 241 40 № Ю .. 130 О ® Рис 2 8 ДСО двух судов в мрментах и плечах По сути, плечо это восстанавливаюиэш момент, приходящийся на единицу во- доизмещения Можно сказать, что плечо - это ’'удельный" восстанавливающий момент Это восстанавливающий момент, с которым сопротивляется единица водоизмещения — 1 килоньютон Чтобы узнать, как сопротивляется все cyiw, надо удельный, единичный момент помножить на количество таких единиц. Поэтому оба вида ДСО имеют право на существование Какой из них предпочесть? Тот, который удобней для данной задачи Для понимания сути процессов, происходящих при действии на судно внешних факторов, удобнее пользоваться зависимостью Ma = f(0). Для арифметических расчетов удобнее форма /„= f(ty 2.7. ВИДЫ ДИАГРАММ СТАТИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ А: На рис. 2 9 сверху представлены несколько видов типичных диаграмм статической остойчивости, которые бывают у разных судов в различных условиях, а внизу представлены сами эти суда. Попробуйте установить, ка- кая диатрамма соответствует какому судну? Попробуйте это сделать самостоятельно, а потом мы это обсудим А: Закончили? А теперь сравните: рис. 2.8 а — это типичная диаграмма, которую имеют низкобортные суда (прямостеннью или с завалом бортов), рис 2 9,4: рис. 2.8 б — это типичная диаграмма для высокобортных судов (прямостенных или с развалом бортов), рис 2.9,5; рис. 2.8 в — это типичная диаграмма для судов с отрицательной мета- центрической высотой; у них центр тяжести расположен выше начального ме/ацентра. рис. 2.9,2; Ю Юспмммвосп. что эго ива»? ДОмде** с ЗЗЗвф 29
гллм г осгльтх гь сгднл оьшт хлрлкпрнс'ики 30 <0 Мхов СктоДчвосг» Чго т гм»^(Оыжгас чапячноы)'
мала г остойчивость судна общие характеристики рис. 2.8 г — эта диаграмма характерна для судов, у которых при больших углах крена входят в воду дополнительные водонепроницаемые объемы (рубки, надстройки) и восстанавливающий момент снова начинает возрас- тать, рис. 2.9,5; рис. 2.8 д — судно с такой диаграммой имеет смещенный из диамет- ральной плоскости центр тяжести, рис. 2.9,1; рис. 2.8 е — и, наконец, такую диаграмму (внезапно обрывающуюся) имеет судно, у которого при угле крена в, входит в воду открытое отверстие и вода заливается внутрь корпуса, рис. 2.9,3. 2.8. ОСТОЙЧИВОСТЬ НА БОЛЬШИХ УГЛАХ КРЕНА И НАЧАЛЬНАЯ ОСТОЙЧИВОСТЬ А: Мы уже немного касались вопроса, почему остойчивость рассматривают с разных точек зрения: в ряде случаев это поз- воляет существенно упростить математические выражения, описывающие диаграмму ста- тической остойчивости Рас- смотрим более подробно деле- ние остойчивости на началь- ную. при малых углах крена, и при больших углах крена. Кстати, а какие углы крена называются малыми и почему? К Малыми называются углы до 10-12°, потому что до этих углов крена можно пользоваться упрощенными формулами. А: А почему именно до этих? Это справедливо всегда для любого судна? Давайте попробуем в этом разобраться. Вы, вероятно, помните, что существуют так называемые метацентри- ческие формулы остойчивости? Они называются так потому, что в них используется метацентрическая высота. Кстати, а что это такое? Мы еще ни разу не использовали это понятие К Метацентрической высотой называется возвышение метацентра над центром тяжести А: Совершенно верно (см. рис. 2.10) it ЛЛапол ^сгойчймс’ь .. что эго гшоэ ’ ДОологэ с илигэмоы/ 31
ГЛАВА г. ОСГОЙЧМЮСГЬ СУДНА ОЬЦ/К XAPAKItmetHKH 2.9. МЕТАЦЕНТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА И КОЭФФИЦИЕНТ ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА А- В теории корабля показывается, что с точки зрения математики мета- центрическая высота равна первой производной от плеча статической остой- чивости по углу крена при О О' Это есть тангенс угла наклона касательной к диаграмме статической остойчивости в начале координат h0 = dl„'dO при 0 = 0°. * Если диаграмма статической остойчивости построена “в моментах", то первая производная от восстанавливающего момента по углу крена при 0-0 (тангенс угла наклона касательной в начале координат) даст коэффи- циент остойчивости К = dM,./df)=D А,[кНм] 2.10. МЕТАЦЕНТРИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ ОСТОЙЧИВОСТИ А Обратимся к рис 2.10 Как вы помните, сипа поддержания при некотором угле крена проходит через соответствующий центр величины и метацентр Если при этом угле крена метацентр находится в ДП то плечо статической остойчивости GZ la = GZ = GMo Sino ж ho Sind, (2 7) будет равно Ряс 2 11 К расчёту метшжмтрячесжой вьсоты по ДСО восстанавливающий момент будет Mo = Dho SinO (2.8) Если углы крена малые, то SinO-O (в радианах). Тогда можно записать, что = бо0. (2 9) и = (2.10) Формулы (2.7)-(2.10) называются метацен 1рическими формулами ос- тойчивости Как по диаграмме статической остойчивости определить метацентрическую высоту9 К Вы сами недавно напомнили, что метацентрическая высота может быть найдена как тангенс угла наклона касательной к диаграмме стати- ческой остойчивости (“в плечах") в начале координат Поэтому проведем касательную и найдем тангенс угла ее наклона А Верно. Хотя это легче сказать, чем сделать. Провести касательную точ- но чрезвычайно трудно При проведении касательной “на глаз" могут воз- никнуть очень большие погрешности. Но пока закроем на это глаза и будем * Эта при уггля стиччых 07 нуля, называется обобщенной клетаиентричесяой высстой Сна риала возвышению метацентра центром тжжес’м при фсмзеольном уте ярена 32 О Маасе Оггояммвосг» Чяв эго такое ’ СЬюлоги с лапиганоы)
iimha г ос/оыиаосгьоцн* оыииехдлмггрисггмы считать, что прямая 2 на рис 2.11 — касательная Тангенс угла ее наклона может быть определен, если Л разделить на 0< или Ь разделить на вг. Но удоб- ней всего делить, если взять угол крена (/равным 1 радиану. Тогда tgO « dl«/dO=/> /0, = l;/Os=h„/1 = he (211) Как выглядят обычные диаграммы статической остойчивости для высоко- бортного и низкобортного судов, мы уже вспоминали (рис. 2.8, а,б). А как будут выглядеть диаграммы статической остойчивости для этих же судов, построенные по метацентрическим формулам остойчивости? Давайте для разнообразия рассмо- трим диаграммы “в плечах" Итак, ис- тинная диаграмма для судна пред- ставлена на рис. 2.12,1 Как будет вы- глядеть диаграмма, построенная по формуле (2.9)? К: В этой формуле метацентриче- ская высота h0- величина постоян- ная, а угол в изменяется Эта форму- ла аналогична формуле у = ах, а это уравнение прямой, проходящей че- рез начало координат. Значит, диа- грамма статической остойчивости будет выглядеть как наклонная пря- мая 2. Рис 2.12 ДСО для нмзшЛиргноосуцла 1 - иегжыа», 2 - по формуле (2.9). 3 - по форм/пе (27) Рис 213 ДСОtm высокобортного су»ы 1 - «слияния. 2 - по фермупе (29), 3 - по сюрм/пе (27) А: Верно А как будет выглядеть диаграмма, построенная по формуле (2 7)? К: Это будет синусоида с амплитудой /V А: Верно. И выглядеть она будет, как кривая 3 на рис 2.12. Если взять высокобортное судно, то для него аналогичные диаграммы статической остойчивости будут выглядеть, как на рис 2.13. Пожалуй, здесь стоит напомнить, что если диаграмма построена в мо- ментах, то на рисунках вместо h. должен откладываться коэффициент ос- тойчивости Dhlt. К: Теперь мне стало понятно, что такое малые утлы крена. Это такие углы, до которых погрешность между истинной диаграммой и приближенной, пост- роенной по метацентрической формуле остойчивости, пренебрежимо мала. Поэтому величина утла зависит от той погрешности, которую мы согласны допустить, и от формы диаграммы статической остойчивости. Значит, на- звать конкретную величину малого угла можно только для конкретного суд- на и конкретной диаграммы А: Вот-теперь я с вами полностью согласен. В зависимости от диаграм- мы это может быть и 5 градусов и 15. И еще два замечания С Огтскчнвс-к и. 9W плов » (ДЬиеод и с ялПИГАмш) 33
глава г остойчивость спил Общие характеристики Все три диаграммы практически совпадают на том интервале углов кре- на. пока истинная кривая С практически совпадает с окружностью, рис 2.10. А это будет происходить до такого угла крена, пока метацентр будет практически находиться в диаметральной плоскости И второе Если определять величину начальной метацентрической высо- ты с помощью касательной к ДСО, проведенной "на глаз", недопустимо (по- грешности могут составить и 100, и 200%), то поступать наоборот (по изве- стной метацентрической высоте проверить правильность построения на- чального участка ДСО) настоятельно рекомендуется. Если вы независимо определили метацентрическую высоту и рассчитали диаграмму статической остойчивости, то косвенным образом проверить правильность расчетов можно, если на 1 радиане восстановить перпендикуляр и отложить в мас- штабе плеч метацентрическую высоту. Конец этого отрезка соединяется прямой линией с началом координат. Если эта прямая похожа на касатель- ную, то это дает некоторую уверенность, что расчеты проведены правильно Если же прямая линия пересекает диаграмму или явно не касается ее, то надо искать ошибку 2.11. РАВНОВЕСИЕ УСТОЙЧИВОЕ, БЕЗРАЗЛИЧНОЕ. НЕУСТОЙЧИВОЕ А: Мы уже вспоминали о различных состояниях равновесия Теперь можно рассмотреть это более конкретно применительно к судну. Когда мы обсуждали вопрос “Как будет плавать тело?" и нашли его положение равновесия (рис.1 14), мы совершенно обошли вниманием вопрос, "Будет ли это положение равновесия устойчивым?". Сейчас мы можем сказать, что это положение равновесия будет устой- чивым. если при бесконечно малом (или просто очень малом) отклонении возникнет момент, стремящийся вернуть судно (или тело) в первоначаль- ное положение Если же возникший момент стремится отклонить судно дальше, то положение равновесия будет неустойчивым Если же при от- 34 Ю ХХтойч««ЖХ'ГЬ НТО Э’О тако» ’ С «атигамом,
ГЛАВА 2 ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА Общие ХАРАКТеРИСПКИ клонении судна вообще не возникает мо- мент. то положение равновесия безразлич- ное. Все это определяется относительным положением начального метацентра Мо и центра тяжести G. рис 2 14: а) начальный метацентр выше центра тяжести — равновесие устойчивое; б) начальный метацентр совпадает с центром тяжести — равновесие безразличное; в) начальный метацентр ниже центра тяжести — равновесие неустойчивое РИС 2.15 2.12. КАК БУДЕТ ПЛАВАТЬ БРЕВНО? -----в-----*1 Рис 2 16 Квадратный брус А: Давайте рассмотрим не круглое бревно, а прямоугольный брус. Примем для простоты, что он однородный и имеет плотность р - 0.5 тЛи3 Если он имеет сечение как на рис 2 15 а, то как он будет плавать? К: Раз его плотность равна половине плотности воды, то он погрузится до половины своей высоты. Как мне кажется, положение “стоя" будет неустойчивым, и он будет плавать в положении “лежа", рис 2.15 b А: А если его сечение будет квадратным, рис. 2.16? К: Тогда любой из четырех возможных сторон вниз. рис. 216 При этом T=SZ2. А: Хорошо, попробуем взгпянуть на этот брус с точки зрения теории корабля, как на судно. Какова будет его метацентрическая высота? К: Мы знаем, что метацентрическая высота может быть подсчитана по формуле (см. рис. 2.10). ha = r0 + Zca - Zg (2.12) Начальный метацентрический радиус найдем по формуле (2.1): r0= I./V. Ватерлиния у нас прямоугольная. Значит. I, - LB'/12, а V - LBT = LB?/2. Тогда [<, = В/6, Zee = В/4. Zfng=(5/12)B, Zg = B/2*h0 = B/6 + B/4-B/2 = В /12 = -0.08 В < О. Ю Остойчивость Чю "МО»? (Дмагхзпг с капитаном/ 35
глава I остойчивость судна обыиг лагал игисгики А: Как видите, метацентрическая высота получилась отрицательной и значит, ни в одном из этих положений равновесия брус плавать не сможет! Попробуйте проанализировать положение равновесия, когда ватерлиния идет по диагонали бруса, рис. 2.17. К: В этом случае ширина ватерлинии будет Ву2, осадка Т=(В\2У2, момент инерции площади ватерлинии lx = L (В\2)3/12, объемное водоизмещение будет тем же самым V = L&/2 и начальный метацентрический радиус будет г0 * - (В\!2)/3. Возвышение центра величины Zee = 2Т/3 - (В\2)/3. возвышение началь- ного метацентра Zm0« (В\'2уЗ, a Zg = (В\2)/2. Тогда ho = (В^З + 2Т/3 - (В\2)/2 = (В\2уо - 0.24В Теперь метацентрическая высота получилась положительной. Значит, метацентр будет выше центра тяжести, и это положение равновесия бу- дет устойчивым А: Я думаю, что этот простенький пример поможет лучше понять, какое положение равновесия является устойчивым и какова в этом роль метацентрической высоты. И что метацентрическая высота есть не толь- ко у судна, но и у бревна, а также у любого плавающего тела! А сейчас давайте рассмотрим еще одну задачку. 2.13. КАК БЕГЛЫЙ КАТОРЖНИК ПЕРЕПЛЫЛ БАЙКАЛ? А: Знаете пи вы такую песню: Славное море —священный Байкал... К: Да. разумеется. А: К сожалению, многие студенты ее никогда не слышали' Не помните, какие слова там дальше? К: Славный корабль — омулёвая бочка ... А: Не могли бы вы мне объяснить, что они означают? К: Вероятно, этот каторжник использовал бочку, в которой солили омуля, как плавучее средство — своеобразный "корабль" А: А плыл он в бочке, как царевич Гвидон? Помните у А С. Пушкина в “Сказке о царе Саптане” ...И царицу в тот же час В бочку с сыном посадили. Засмолили, покатили И пустили в Окиян — Так велел де царь Сатан К: Вероятно, нет В песне есть еще такие слова Славный мой парус —кафтан дыроватый .. Значит, у бочки бьло выбито одно дно, и он в ней стоил, держа в поднятых руках свой кафтан как парус зс Ю Млков "Остойчивость Что эго rjHue ? (Эден» С «ЛПвтагчли)'
г осюя-мвосгъ с*а<л ссщиг хлрлх герметики А: А как. по-вашему такое могло быть или это просто красивая легенда? Давайте посмотрим на эту бочку вместе с пассажиром как на судно и определим ее метацентрическую высоту Какие размеры могла иметь эта бочка? К: Я точно не знаю, но раз в ней помещал- ся человек, значит, высота ее была метра полтора, а диаметр - 80 см. А: Ну, хорошо. Давайте для простоты бу- дем считать, что бочка имеет не “форму бочки", а форму прямого цилиндра с указан- ными вами размерами Какими могли быть масса такой бочки и масса человека? К: Масса человека килограммов 80, а масса бочки - около 20-ти. А: На какой высоте будет размещаться их центр тяжести? К: У стоящего человека центр тяжести будет в районе поясницы - это примерно 1.0 м, а у бочки — примерно на середине ее высоты - 0.75 м А: Хорошо. Обратимся к рис. 2.18. Давайте подсчитаем метацентрическую высоту. Что мы имеем? Масса М. = 80 кг « О Ов т, Zgo - 1.0 м, спы,.. = 0.02 т, = 0.75 м, d = 0.8 м. , р = 1.0 т/м3 (Байкал - вода пресная). Объемное водоизмещение будет _ /- — Ч.'И z _ m т Так как М = pV, осадка будет Т = 4 piul- Возвышение центра величины будет Zc - Т/2. Начальный метацентрический радиус найдем по формуле (2 1): г» = I,/ V. Момент инерции площади ватерлинии, которая есть круг, будет / _ .Тогда г0=^— и Z«= r0+Zc= cf/(16Т) +Т/2, ‘ ~ 64 167 а метацентрическая высота , d1 T “ 16Г * 2 "* Возвышение центра тяжести найдём по формуле = = 0,08-1,0 +0,02 0,75 = 0 9 5 Ч»0,08 + 0,02 Ю Мкким "Ост Что это ? (Дмлгюш с капитанов/,. 37
глава г остойчивость судна овщис характеристики Подставим сюда наши данные: „ 4 Л/ 4 0.1 Т =-----г =-------------г = 0.2 м; pnd- 1.0 3.14 0.8 , _ d1 Т _ _ ^"16Г + 2"7* 0.8- 0.2 16 0.2 * 2 - 0.95 =-0 65.и. Как видите, метацентрическая высота получилась отрицательной (рис. 2 19 и рис. 2 20). Следовательно, в таком состоянии этот “корабль" плавать не сможет. К: Но все мы отлично знаем, что остойчивость можно улучшить приемом балласта Может быть, у каторжника в бочке был балласт. Он мог налить на дно бочки воды или наложить камней. А: Но ведь вода со свободной поверхностью может и ухудшить остойчивость! Давайте просчитаем эти варианты. Если в качестве балласта использовать воду с р*=1.0 т/мэ (рис.2.21), то Л/| Кроме этого надо учесть поправку к Zg, на влияние свободной поверхности балластной воды. Она вычисляется по формуле (3 12) с учётом зависимости водоизмещения от осадки На рис 2.22 приведены соответствующие кривые, из которых видно, что даже если налить воду до верха бочки, ZgJKa, остаётся выше 2^>. Это означает, что метацент- рическая высота будет оставаться отрицательной Посмотрим, что будет, если в качестве балласта использовать камни Камень имеет гораздо большую плотность, чем вода. Плотность, напри- мер, гранита - ргр=2 .7 т/м3 Однако между камнями будут оставаться про- Зв «О Ма*ов 'Остойчивость что это токов ? с калмтамом/
ГЛАВА 2 ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА Общие КАИАКТеПКТИКИ межутки, поэтому мы примем коэффициент заполнения, например. 0 8 Надо ещё учесть, что человек будет стоять на этих камнях (рис 2 23) С учётом этих обстоятельств возвышение центра тяжести будет подсчитываться по формуле Рис 223 Э канестэе балласта используются камни Рис 2 24 Соответствующие кривые представлены на рис.2.24. Из рисунка видно, что при высоте камней в бочке примерно 1=0.23 м и соответствующей осадке 7=0.7 м Zg, станет равным Zm,, а метацентри- ческая высота станет раной нулю. Если камни продолжать накладывать дальше, то метацентрическая высота будет увеличиваться. Решите сами, можно ли в такой бочке переплыть Байкал или это только красивая легенда. Здесь стоит рассмотреть еще один вопрос. Ю Ывлкс* Остойчивость Ню это ояое ’ {Диалоги с калмтакм^* 39
ГЛАВА 2 ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА О6ШИС ХАРАКТЕРИСТИКИ Рис. 2 26 2.14. ГДЕ НАХОДИТСЯ ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ ЧЕЛОВЕКА? К: А в чем здесь вопрос? Мы уже говорили, что он находится примерно на уровне поясницы. А Давайте уточним: это говорили вы, а не я. К: Но вы тогда не возразили, значит, согласи- лись с моим мнением. А Я не возразил тогда по причине, которая станет ясна чуть ниже Давайте вспомним, что же это такое центр тяжести? Центром тяжести тела называется воображаемая точка, через которую проходит равнодействующая сил тяжести при любом положении тепа, при любом угле наклона. Но так будет только для твердого (жесткого) тела или для человека «раскрепленного» и не меняющего своего положения при наклонах (рис. 2.25) А что будет со «свободным» человеком при не- большом наклоне опоры? Он будет балансировать и инстинктивно стараться сохранить равновесие, чтобы не упасть (рис 2 26). Равнодействующая его силы тяжести всегда будет проходить через точку опоры. Значит, его центр тяжести будет находиться “в пятках”! К: Вот видите! Значит, у человека, стоящего в бочке, центр тяжести будет "в пятках", это будет ниже метацентра, метацентрическая высота будет положительной и так плыть в бочке можно! А Но ведь он не просто стоял, но и держал в поднятых руках "парус". А сделать это, не опираясь о края бочки, невозмож- но Следовательно, он был «раскреплен» в бочке, был “жестким телом' и его центр тяжести находился в районе поясницы (вот почему я не возразил вам раньше). А как вы теперь будете относиться к утверждению, что в шлюпке надо сидеть, а не стоять — иначе опрокинешься? И как быть с каким-нибудь туземцем, который во весь рост стоит в узенькой пироге и — ничего? К: Когда человек сидит, он как бы “раскреплен", и его центр тяжести находится сантиметров на 30 выше сидения. А когда он стоит и балансирует, то его центр тяжести “в пятках' . При этом остойчивость шлюпки лучше Но стоя легче потерять равновесие и вывалиться за борт. А Согласен На этом и закроем вопрос
ГЛАВА з ВЛИЯНИЕ ГРУЗА НА остычивость 3 ГЛАВА ВЛИЯНИЕ ГРУЗА НА ОСТОЙЧИВОСТЬ 3.1. ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУЗА НА ОСТОЙЧИВОСТЬ Рис 3l 1 Перемеоение грум из точки А и точку В А: Давайте вспомним, как влияет перемещение грузов по судну на его остойчивость (на диаграмму статической остойчивости), Перемещение груза в общем случае из точки А в точку В можно разложить на эле- ментарные перемещения по всем координат- ным осям: х. у и z (рис 3.1). В каком порядке рассматривать перемещения — сначала по х. потом по у, потом по / или сначала по у. потом по z, потом по х или как-то иначе — безраз- лично. Надо только в каждой последующей операции учитывать результат предыдущих Давайте рассмотрим перемещение груза в поперечной плоскости Груз массы m (весом р=ргл) перемещается на расстояние по горизонтали и по вертикали Это приведет к перемещению центра тяжести судна из точки G в точку G, (рис. 3.2). Величина этого перемещения может быть найдена из соотношений А п m - “А —- — > А------ A, D М ' М &, l> m . "»&, — = = => it =-- *, D Л/ ' М При этом новое плечо статической остойчивости при некотором угле крена Станет равным /,»= I.+SI.. 10 Матов Остой-юосп Что это тэ«»? а>»чсп< смлитахлиг 41
ГЛАВА 3 алиями, >» м ><Л ОСГОЛЧИвОСГЬ Из рисунка видно, что (&iCose+&tSinti) (32) 3.1.1. Перемещение груза по горизонтапи поперек судна А: Как изменится посадка и остойчивость при переносе груза по горизонтапи поперёк судна? Средняя осадка и дифферент останутся теми же, но появится угоп крена Если он может рассматриваться как малый, то его величину можно определить по метацентрической формуле остой- чивости (2.10). При переносе груза появится кренящий момент, который будет равен = р • Л „ Sind. Так как в положении равновесия кренящий и восстанавливающий мо- менты будут равны то угоп крена найдётся по формуле tge-O = ———.pad. (3 3) Если угол крена нельзя рассматривать как малый, то изменение диаг- раммы статической остойчивости в этом случае можно подсчитать по формуле (3.2), учитывая, что при чисто поперечном горизонтальном переносе груза &„= 0 и Я, = -Sy^CosQ (3.4) Диаграмма представлена на рис 3.3. 4? 10 май» Остониаосп что зто raws’Дилтогас «аои
ГЛАВА 3 влияние ГРУЗА НА ОС ГОЯняеОСТЪ 3.1.2. Перемещение груза по горизонтали вдоль судна А: Как вы думаете, изменится пи поперечная остойчивость при пере- носе груза по горизонтали, но в продольной плоскости? К: Так как в продольной плоскости мы переносим груз по горизонтали, то, по-моему, изменится диаграмма продольной остойчивости аналогично то- му, что мы только что рассмотрели, а диаграмма поперечной остойчивости останется прежней А: Это не совсем так Когда мы переносим груз по горизонтали в продоль- ном направлении, то меняется угоп дифферента, а. следовательно, и фор- ма подводного объема Значит, изме- нятся кривая С, плечи остойчивости формы и диаграмма статической ос- тойчивости при наклонении в попе- речной плоскости. Это изменение за- висит от величины угла дифферента. Обычно при дифференте на корму на- чальная остойчивость несколько улуч- шается. а при дифференте на нос — ухудшается (рис 3.4). 3 5 Изменение осадок при продопыюм переносе груза Угол дифферента может быть подсчитан по формуле, аналогичной (3.3) Этот угол всегда можно рассматривать как малый /gyr = v --~tpod. (3.5) О Имо. Сстпячмгсстъ Что это та<се ? (Эмпопт с ьагмтахомГ 43
IПАОЛ 3 ИГМЯННТ ГРУЗА НА ОСТОЙЧИВОСТЬ Как при этом изменятся осадки судна? Вокруг какой точки будет пово- рачиваться судно? Помните теорему Эйлера? К Да Так как наклонения равнообьёмные, то судно будет поворачи- ваться вокруг центра тяжести действующей ватерлинии А Совершенно верно Посмотрите на рис. 3 5 Из него видно что 6Т.=\у (L/2-к). a fiT.=-\y(U2+>c) (3.6) 3.1.3. Перемещение груза по вертикали При чисто вертикальном переносе ду^=О и »„=-&, Sin О (3.7) Изменение диаграммы стати- ческой остойчивости в этом случае представлено на рис. 3.6. Здесь меняется только остойчи- вость веса, а остойчивость формы остается неизменной. Нетрудно увидеть, что при гори- зонтальном переносе груза началь- ная поперечная метацентрическая высота остается неизменной, а при вертикальном — изменяется на величину Как, по-вашему, можно ли опрокинуть судно, перемещая по нему грузы? К: Конечно. Если достаточно большой груз переместить на борт, то судно может получить такой крен, что опрокинется. А: А если груз перемещать строго по вертикали? К: Если груз перемещать вверх, то центр тяжести судна будет также пере- мещаться вверх и. теоретически, может наступить такой момент, когда судно опрокинется. А: Хорошо Представим себе плавающую модель судна, по мачте которого вверх перемещается груз Как, по-вашему, произойдет опроки- дывание? Модель опрокинется внезапно из прямого положения или она начнет крениться, крен постепенно будет увеличиваться и она опрокинется, когда угол крена станет достаточно большим? К: Я думаю, что верно второе утверждение А: И при каком же угле крена произойдет опрокидывание? 44 Ю •Оетоймикхгть Ч!О > fttwvnt с илтАгажм
ГЛАВА 3 впынт ГРУЗА НА XlWHMBCCIb К: Вероятно, при угле заката диаграммы. А: Давайте попробуем с этим разобраться. Вы помните, что при повышении центра тяжести плечи статической остой- чивости меняются на величину, определяемую формулой (3.7). Давайте просто рассчитаем (а результаты расчета нарисуем), как будут меняться ДСО для диаграмм, типичных для высокобортного и низко- бортного судов (рис. 3.7 и рис 3 8). Как видите, картина принципиально различная. Рис 3.7 Впиинлс Zg на ДСО для оиссжоборгного судна Рис ' Я «личине Zg i«a ДСО ли» кагжобортмосо o.i»w Если вьюокобортное судно, имеющее S-образную диаграмму, вначале начи- нает крениться (у него становится отрицательной начальная метацентричес- кая высота), плечи остойчивости постепенно уменьшаются, и оно без воз- действия внешних кренящих моментов опрокидывается, когда вся диаграмма уходит под ось (в нашем случае в момент опрокидывания угол крена составит около 50"). то Для низкобортного судна, имеющего выпуклую диаграмму, до самого последнего момента никакого крена не возникает (метацентрическая высота остается положительной), а судно опрокидывается внезапно практи- чески из прямого положения Вот почему очень важно знать вид диаграммы своего судна ’ 3.2. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ДИАГРАММЫ . 3.2.1. Универсальная диаграмма статической остойчивости К: В некоторых Информациях об остойчивости приводятся универсалы ные диаграммы. Для чего они нужны, и как ими пользоваться? А; Вы уже знаете, что диаграмму статической остойчивости можно рассчи- тать с помощью пантокарен или с помощью кривых возвышений прометацен- тра. При этом в плечах формы учитывается изменение водоизмещения. А ес- ли водоизмещение остаётся неизменным, а меняется только возвышение центра тяжести (груз перераспределяется по судну)? Плечи формы при этом ГЗаметим что» одного и того же сунна виваиатраммы может быгъ разным а тамсммости от нагрузки cyuii.i V судн.т порожив'о надводный борт может бань вопкшмм и анаграмма будят З-обраитои а у судна В грузу • надаодныы борт может быт» малым « диаграмма выпуклой Ю Ос*Э1ыиао<.-'ь Что его такое7 р>отл.скалжгыюмГ 45
cmsa j влияние г^гзл на остойчивость остаются неизменными, а меняются плечи веса. В этом случае пересчитать ДСО на новое Zg можно гораздо проще В предыдущей главе мы увидели, что при вертикальном переносе груза Ряс. 3 11 Построение УДСО 1- иежодная ДСО, 2- УДСО. 3- HZgSinG 4- -энпрямпенная" синусопла. и изменении Zg на величину 8Zg ДСО на новое Zg можно пересчи- тать по формуле 1,^1,- HZgSine. (3.9) Это можно сделать и графически На рис 3 9 взято 8Zg - 0 2 м) Однако, проводить и аналитичес- кие расчеты и строить для каждого 8Zg свои синусоиды достаточно неудобно Здесь обычно пользуют- ся таким графическим приёмом. Если синусоиду построить не в равномерной шкале углов, а в синусной*, то график синусоиды превратится в прямую, рис. 3.10. Если в этих же синусных коорди- натах перерисовать ДСО. то и по- лучится универсальная диаграмма статической остойчивости (УДСО) На рис. 3.11 представлено такое построение при Zg = 6.0 м и 8Zg = 0.2 м На правой шкале в том же масшта- бе, что и плечи остойчивости удоб- нее всего отметить возвышение UT •“Расстояние 0-90 градусов принимается м еоинйцу Затем от начала координат : ’«ладмааетса значение синуса соответсгвуоцего угла, а помечается сам угол При этом получается та» называемая функциональная (в данном случае — синусная; шкала 46 Ю Маюл Остоймвост» Чте лто тллда ? iOwktw с «алиганмгГ
глава з влияние груза на остойчивость Так как при заданном водоизмещении возвышение ЦТ однозначно связано с метацентрической высотой, то вместо Zg можно отложить (построив соот- ветствующую шкалу) Соединив начало координат прямой с точкой на правой шкале, соот- ветствующей произвольному Zg (в нашем примере в диапазоне от 6 до 7 метров), можем получить новую ДСО Кстати, правую шкалу можно произвольно продолжать вверх и вниз Часто на одном рисунке помещают несколько диаграмм, соответствую- щих разным (обычно крутым) значениям водоизмещения Напоминаю, что все эти диаграммы соответствуют судну, сидящему без дифферента. Хочу обратить ваше внимание на то, что рис 3 11 приведен только для по- яснений, а сами УДСО строятся, как показано на рис 3.12. 3.2.2. Универсальная диаграмма динамической остойчивости Забегая немного вперёд, скажу, что совершенно аналогично можно пост- роить универсальную диаграмму динамической остойчивости (УДДО). ДДО 2- УДДО. 3- лопр««ка К ДДО 4- спрам- Маков 'Остойм«*сс7Ь ‘Уго ЭТО У&Я.Ж? (Днлпош с К9пигтаноаа Г 47
ГЛАВА з влияние ГРУЗА НА ОСЮИЧИЯОСГЬ Плечи динамической остойчивости можно пересчитать на другое Zg по формуле 1и= It-6Zg(1-CosO) (3.10) Чтобы спрямить второй член в этой формуле, его надо построить в шкале (1- CosO), рис. 3.14. Все дальнейшие объяснения аналогичны предыдущим Типичный вид универсальной диаграммы динамической остойчивости см рис. 3 16. Надо отметить, что универсальные диаграммы статической и динамичес- кой остойчивости особенно удобны при определении критических возвыше- ний центра тяжести. Но об этом - в другом месте 3.3. ВЛИЯНИЕ ПОДВЕШЕННЫХ ГРУЗОВ НА ОСТОЙЧИВОСТЬ 48 А: Почему вообще среди прочих грузов подвешенные грузы выделяются и рассматриваются особо? К: Потому что подвешенные грузы заметно ухудшают остойчивость. А: Давайте предположим что мы производим разгрузку судна и поднима- ем из трюма своей стрелой какой-нибудь тяжелый груз весом р и подняли его на высоту 6z, (рис. 3.17). Как будет меняться остойчивость судна в процессе этого подъема? Когда она будет самой плохой? К: Естественно, что чем выше мы поднимаем груз, тем выше подни- мается центр тяжести судна тем хуже будет его остойчивость Значит, самая плохая остойчивость будет в конце подъема А: К сожалению, это не совсем так (Правда, надо заметить, что вы не одиноки в своем заблуждении), Давайте попробуем в этом разо- браться. Где находился центр тяжести груза, когда он стоял в трюме? К: В точке А. А: А где окажется этот центр тяжести, если судно получит не- большой угол крена? К: Если не будет подвижки груза, то в той же точке А. Ас А если груз окажется подвешен- ным на шкентеле9 При накренении судна под действием внешнего кре- нящего момента груз будет сме- щаться так, что шкентель будет оста- ваться вертикальным (лерпен- Ю lAuot еЬ7О*м«»<х:’» Чю т м*ое’
гпава з. влияние груза на осгсучнэосгь дикупярным ватерлинии, Рис 3.17). При этом всегда, при любой высоте подъема сила тяжести, направлен- ная вдоль шкентеля, будет проходить через точку подвески груза В (рис. 3.18). В этом случае получается, что сместившийся груз как бы создает дополнительный кренящий момент т„ = pl.CosO (хотя обычно кренящим называется момент, действующий извне судна; здесь было бы правильней сказать, что на эту величину уменьшается внутренний восстанавлива- ющий момент, но об этом мы еще поговорим подробнее в другой раз) К: Значит по своему влиянию на остойчивость подвешенный груз рав- нозначен перенесенному по вертикали в точку подвеса на высоту (,? А: Совершенно верно. Тогда, например, изменение метацентрической высоты может быть подсчитано по формуле a=_£L = _!!< (3.11) DM Хотя согласиться с тем, что когда тяжелый груз (например, автомо- биль) только оторвался в трюме от второго дна и когда тот же автомобиль висит над головой у самого нока стрелы — остойчивость судна одна и та же. очень трудно. К. Теперь мне стала ясна разница в изменении остойчивости при простом переносе груза по вертикали, когда он не может смещаться при наклонениях судна, и подъемом груза на шкентеле. Рис 3 19 Цистерна со аюбодной ПО&РР ММ ОСТЬЮ 3.4. ВЛИЯНИЕ ЖИДКИХ ГРУЗОВ НА ОСТОЙЧИВОСТЬ А: Давайте обсудим влияние жидких грузов на остойчивость Чем. по- вашему, они отличаются от других грузов? К: Да ничем, если только цистерна заполнена полностью. Если же в цистерне есть свободная поверхность, то при накренении судна груз получает возмож- ность смещаться и тем самым изменяет ос- тойчивость судна. А: Попробуем разобраться, как это происхо- дит и как оценить это изменение остойчивости Рассмотрим цистерну, в которой находится им’жидкости с удельным весом у. (рис. 3.19) Её вес будет р - у. v. Центр тяжести жидкости будет находиться в точке д. Что произойдет с жидкостью, если под влиянием внешнего кренящего момента судно накренится на небольшой угол 0 ? К Жидкость будет перетекать на накрененный борт до тех пор, пока ее свобод- ная поверхность не станет параллельной новой ватерлинии. А: А что будет происходить с центром тяжести этой жидкости? Ю Хктсйчмаосп» что дгр гмо» ’ (Омалоп* с влпгглнолл)’ 49
ГПЛЬА 3 UlUnlHUt ГРУЗА на остойчивость К: Он будет смещаться в сторону наклонения А: Верно. И вот разобраться с тем, как он будет смещаться, очень Рис 3 20 Клиноиипнып огсанси цистерны важно. Обратили ли вы внимание (рис. 3.20), что клиновидные отсеки в цистерне очень похожи на такие же отсеки в самом судне (см. рис2.6)? На самом деле все это не просто похоже — все происходит совершенно ана- логично: центр тяжести жидкости со свободной поверхностью при наклонениях ве- дет себя точно так же как центр величины судна (см. Напоминание на стр 18). При малых углах крена с достаточной для практики точностью можно считать, что он перемещается по дуге окружности. Центр кривизны этой окружности можно назвать “начальным метацентром цистерны’, а радиус Рнс 3 21 'Начальный мешцентр' кривизны — ‘метацентрическим рЭДИуСОМ цистерны’(рис.3 21). Его и вычислить можно по аналогичной формуле (см формулу 2.1): I r'-v Здесь i.— момент инерции площади свободной поверхности жидкости в цистерне относительно центральной продольной оси. a v — объем жидкости в цистерне Как видно из рис 3 21, при малых наклонениях направления всех пиний действия сил тяжести жидкости пересекаются в одной точке т. Хотя фактический центр тяжести жидкости со свободной поверхностью расположен в точке д. по влиянию на остойчивость судна эта жидкость эквивалентна твердому грузу весом р, размещенному в точке т, или грузу весом р, подвешенному в точке т. Длина подвеса (, = г.. Как по-вашему при каком количестве жидкости в цистерне v её влияние на начальную остойчивость судна (и на ее меру — метацентри- ческую высоту) будет наибольшим? Будем считать, что стенки цистерны вертикальны, а уровень жидкости таков, что при наклонениях ни днище, ни крышка цистерны свободную поверхность не пересекают. К: Я думаю, что наиболее опасным будет заполнение цистерны на 50% объема По крайней мере, такой уровень заполнения требуют при расчетах Правила Регистра. А: Давайте посмотрим, как будет на самом деле. 50 £> U**zmi Осгсмымвосг» Что 9W с
глава i влияние груза на остойчивость Как мы увидели, влияние переливания жидкости при наклонениях на начальную остойчивость будет точно таким же, как при грузе р, подве- шенном в точке т на шкентеле длиной ги. В соответствии с формулой (3.6). (312) , _ РГ. _ Y^' i, _ YJ< _ YJ, D ' Dv D у Г Как видите, объем жидкости в формулу для изменения метацентрической высоты вообще не входит Значит, количество жидкости (в рамках наших допущений) никак не влияет на изменение начальной остойчивости Все влияние определяется мо- ментом инерции площади свободной поверхности и удельным весом жидкости К: Теперь мне понятно, почему для уменьшения отрицательного влияния сво- бодной поверхности большие цистерны раз- деляются продольными переборками. А: Совершенно верно. Если для простоты цистерну со свободной поверхностью в виде прямоугольника (рис. 3 22). lb' 12 Если же этот отсек разбить продольной переборкой на два отсека, то 2 12 2’ 12 Нетрудно увидеть, что если число отсеков станет не два, а п. то формула Рис 3 22 Разделение цистерны продольной переборной вычислений рассмотреть то момент инерции ее свободной поверхности будет примет вид (313) Таким образом, если мы из одного отсека продольными переборками сделаем два. то отрицательное влияние свободной поверхности на на- чальную остойчивость уменьшится в четыре раза. Если сделаем три отсека, то в восемь и т.д. К: Но для меня так и осталось неясным, почему Регистр требует рас- сматривать цистерны при 50% заполнения? А Здесь депо вот в чем. Во-первых, мы рассмотрели только цистерны с вертикальными борта- ми. А это значит, что момент инерции свободной поверхности при любом уровне жидкости остается постоянным. На самом деле это не всегда так. например, у диптанков Поэтому зависимость у./, от уровня может иметь вид не прямой, а кривой пинии (рис. 3.23) и ее максимум располагается обычно ближе к середине высоты цистерны или несколько выше. С Ui.je Т>гтончииосгь Что таяоа^ с шныииом/* 51
г клал j рлияниг груза на ОС t ойчииосгь Во вторых, мы рассмотрели только влияние переливающейся жидкости на начальную остойчивость Влияние ее на остойчивость при больших наклонениях вычисляется чис- ленно для каждой конкретной цистерны (а раньше мы все выкладки провели Рис 3.23 Зависимость поправки на свободную полирхипсть для диптанка от >ровмя воды Рис 3 24 Кренящие моменты or переливания всем в днптанке для разных углов крена в зависимости от уровня воды Рис. 3 25 Та же зависимость кренящих моментов при переливании воды в диптанке or угла крена при различных уровнях воды аналитически и они справедливы для любой прямостенной цистерны при малых углах крена). Рассчитываются кренящие мо- менты от переливания жидкости в цистерне при различных уровнях и различных углах крена обычно на компьютере (хотя делается это сейчас очень редко). Типичный вид таких зависимостей показан на рис. 3.24-3.25. Как видно из рисунков, наиболь- шей величины кренящие моменты, а значит, и поправки к восстана- вливающим моментам, достигают примерно посередине высоты цис- терны В зависимости от формы конкретной цистерны они могут быть немного выше или немного ниже Осредняя всё это. Регистр и требует расчёты проводить при 50% заполнения На следующие мои слова про- шу обратить особое внимание! Сейчас вы обычно находите по- правку на влияние свободных по- верхностей жидкости к метацент- рической высоте 6h, по формуле (3.12) (на эту величину она умень- шается) или к возвышению центра тяжести а2^=-<5Л„ (на эту величину Z, увеличивается). Если с новым возвышением центра тяжести рас- считать диаграмму статической остойчивости, то вы введёте по- правку к плечам остойчивости, ко- торую можно подсчитать по фор- муле (3.7). На самом деле поправ- 52 id Малое 'Остойчивость Ото эго талое? |ф*алоптс алпмтемсав,Г
ГЛАВА J влияние ГРУЗА НА ОСТОЙЧИВОСТЬ ки от перетекания жидкости со свободной поверхностью имеют вид не си- нусоид. а кривых, изображенных для того же диптанка на рис. 3.25. Рис 3 26 Попрпми « ДСО и» свобоаиуо ломркнссн, вип!»и«е при уровне волы 4 и 11 ыанроя 1 — истинные поправки, 2 — рассчитанные по формуле (3.7) А на рис 3.26 для двух уровней воды показаны истинная поправка в моментах (1) и поправка, рассчитанная по формуле (3.7), как это делается сейчас в Информациях об остойчивости (2). Как видите, ошибка может быть на сотни процентов как в безопасную, так и в опасную Сторону К: Скажите, так ли уж важны все эти поправки на свободную поверх- ность? Обычно они составляют всего несколько сантиметров Стоит пи их так скрупулезно учитывать? К Па. для одной цистерны эти поправки невелики Но если бесконтроль-но расходовать жидкие грузы из многих цистерн, то это может сложиться в большую величину Подтверждением тому может служить авария с крабо- консервным заводом типа 'Андрей Захаров” во Владивостоке. Рассле- дование установило, что во время аварии на судне были свободные поверхности почти во всех цистернах, что привело к появлению отрица- тельной начальной остойчивости и статическому углу крена Командование судна, не подозревая этого, пыталось спрямлять крен перекачиванием топлива на противоположный борт, чем только усугубляло положение, перекренивая судно на противоположный борт Во время одного из таких лерекрениваний (а такая операция проводилась несколько раз) в воду вошли открытые иллюминаторы, внутрь судна стала поступать вода, оно не смогло выпрямиться и не опрокинулось только потому, что при ширине судна 20 м глубина воды у причала была 10 м. Судно легло на борт на 90°. Кроме того, как жидкий груз может вести себя рыба, принятая в трюм О ‘Осгсймлеосгь Что уго такие ’ ^валюте* с кглгмггамоы/* 53
ГЛАВА J агкъимк ГРУЗА НА ОСТОЙЧИВОСТЬ наливом Особой “текучестью" обладает мойва. Чтобы предотвратить ее смещение трюм таких судов обычно делится на три отсека продольными переборками из закладных досок. Тем самым отрицательное влияние “жидкой" мойвы уменьшается в 9 раз Однако, для удобства выгрузки мойвы рыбонасосом в трюм для “разжижения” рыбы добавляют воду. Чтобы не переставлять рыбоприём- _______________________ ный шланг в бортовые отсеки (это достаточно трудоёмкая работа), иногда в _'__ НИжней части продольных переборок вопре- Г ‘ ; / ки всем инструкциям проделывают — Д ; —' отверстия, чтобы рыба самотёком персте- р»с. 127 Поперечное сечение кала в центральный отсек. Тогда при накре- т₽юма нении судна “свободная поверхность" рыбы расположится по пунктирной линии (рис. 3.27). При этом остойчивость судна настолько уменьшается, что оно может опрокинуться! К подобным же последствиям (опрокидыванию) приводили случаи, когда плохо раскреплённые доски продольных переборок “подвсплывали” и рыба получала возможность свободно переливаться. 3.5. ВЛИЯНИЕ ПРИЕМА ГРУЗА НА ОСТОЙЧИВОСТЬ А: Изменится ли остойчивость судна, если на него принять груз? К: Конечно, изменится. N. Увеличится или уменьшится? К: Это смотря куда принять груз Если принять в трюм — увеличится, а если на палубу — уменьшится А Куда же надо принять груз, чтобы остойчивость не изменилась? Где та гра- ница между “хорошо" и “плохо"? (На этот вопрос обычно следуют самые различ- ные ответы) К: На уровне центра тяжести: тогда положение центра тяжести по высо- те не изменится и остойчивость останется прежней. А: Давайте попробуем разобраться, так ли это. Конкретизируем задачу Будем рассматривать прием малого груза. В общем случае прием (или расходование) груза приводит к изменению средней осадки, крена, диф- ферента, диаграммы остойчивости Рассмслрим вначале влияние приема груза на начальную остойчивость. Для удобства анализа разобьем операцию приема груза на две: - примем груз на нужной нам высоте так. чтобы не появился ни крен, ни дифферент (при этом изменится осадка и метацентрическая высота); - перенесем груз по горизонтали в заданную точку, учитывая результат первой операции (при этом изменится крен и дифферент). Итак, какой груз можно считать малым и куда его надо принять, чтобы ни крен, ни дифферент не появились? 54 Ю Мллс* ХУсТОЙЧМбССТЬ . Что 7
ГЛАВА J алирниг ГРУЗА НА ОСТОЧ'РШОС^Ь К: Малым грузом считается такой, при приеме которого в пределах из- менения осадки борта судна с достаточной для практики точностью мож- но считать вертикальными. А принять его надо в диаметральной плоскос- ти (тогда не будет крена) на одной вертикали с центром тяжести площади действующей ватерлинии (тогда не появится дифферента). Это мы уже обсуждали раньше А: Совершенно верно. Итак, малый груз весом р принимаем в точку с координатами х - х, у = 0. z = z. Рассмотрим случай, когда после приема груза на судно подействовал внешний кренящий момент, накренивший его на малый угол 0. При этом возникнет восстанавливающий момент, который будет сос- тоять из двух моментов: момента М„ который был бы у судна до приема груза при этом угле крена, и дополнительного момента 8М„, который возник из-за принятого груза М.= М^6М„ Так как угол крена малый, то этот момент можно вычислить по метацентрической формуле остойчивости M„*(D+p)n, SinO Момент И также можно вычислить по метацентрической формуле M^DhcSinG, а появление дополнительного момента рассмотрим особо. При приеме груза р осадка судна будет увеличиваться до тех пор, пока дополнительная сила поддер- жания не уравновесит дополнитель- ную силу веса р = y6v. Так как дополнительно вошедший в воду объем — цилиндр (груз малый), то 6v = S6T Откуда 6Т = p/yS. Из рис 3.28 видно, что плечо пары сил р и ydv будет (T+6TX2-z„)Sine. а момент этой пары Рис 3 28 С«вма Сил при приеме малого -руза - р(Т + — - Zf )SinO Подставляя все в первую формулу, получим (D + pjl^SinO = DhuSinO + р(Т + ^--Zt)SinO или. сократив на Sine, получим (D+p)hl=l)h„ + p(T + ^--Zl.) (3.14) Ю Айно» Остоиммеос* ‘/то эго ьисм» 7 Днаюгис ллшгачол»)' 55
гпмм j влияние грхзл к» остойчивое ть Если мы за меру начальной остойчивости выберем начальную метацент- рическую высоту, то? поделив все на (D+p) и проведя некоторые преоб- разования, получим выражение для новой метацентрической высоты: Л, =——h„+—'—(Т+ — -Z ,) = ' D + p " D+p 2 ' = ---£—^+—E—(T+ — -Z,)- D+p D+p D+p 2 ' = hn + -^-(T + ~-Zr-hu)^h, + Sh D+p 2 Приращение метацентрической высоты из-за приема груза будет равно a.-t-(rb£-z,-ik) «’я D+p 1 Если мы хотим определить, на какой высоте должен быть размещен принятый груз, чтобы начальная метацентрическая высота не изменилась, надо 6h приравнять нулю и из этого выражения найти (это будет предельное значение Zw). Так как р не равно нулю, то нулю приравнивается второй S1' — . Откуда 4= равно сомножитель .'Т,2 Рис 3 29 Предельная плоскость для П„ = Г4у-Л0 (3.16) С точки зрения математики — это уравнение плоскости, парал- лельной основной и отстоящей от нее на метров (рис 3.29). Учитывая то. что груз принимается малый, изменение осадки ST будет также величиной малой, a ST/2 и по- давно мало. Тогда можно сказать, что предельная плоскость для мета центрической высоты при приеме груза будет проходить примерно на величину первоначальной метацентрической высоты ниже плоскости действующей ва терпинии (если мы начальную остойчивость ' измеряем" метацентрической вы- сотой) Если груз принимается ниже этой плоскости, то остойчивость улучшает- ся, если выше — ухудшается. Если же за меру начальной остойчивости мы возьмем коэффициент остойчивости Dh, то. обратившись к формуле (3 14). увидим, что так как (/?Л)|=(/эЛ)„+г(ОЛ) SiDh)=p(T + ^--Z.,). . ТО (3 17) 56 О 1>;го»*м»вюсгь Что jto гало* ? ^>дллгм с ялп*гаг»олы
ГЛАВА 1 аГЬЫнНС I PV3A НА ОСТОЙЧИВОСТЬ Рис.3.30 Лреоельная плоскость для ОТт Приравняв последнее выражение нулю, мы найдем возвышение пре- дельной плоскости, при приёме в которую груза коэффициент остойчи- вости не изменится: Z“„„.,= Т+~ . (3.18) Таким образом, предельная плоскость для коэффициента остойчивости примерно совладает с плоскостью действующей ватерпинии (рис 3.30).* К: Как же так? Мы рассматриваем только начальную остойчивость и только поперечную, и получаем разные результаты. Какому из них верить? А если рассмотреть продольную остойчивость? А если груз принимается большой? А если груз вообще снимается? А: Попробуем разобраться со «семи вопросами Во-первых, “вера’ — плохой спутник. Надо бы — убежденность, знание, понимание При приеме груза меняются одновременно и водоизмещение и метацентричес- кая высота. Как вы помните, ис- тинная мера сопротивляемости нашего судна при малых углах крена оп- ределяется коэффициентом остойчивости. Метацентрическая высота — это мера “удельной”, приходящейся на единицу водоизмещения остойчи- вости. Поскольку при приеме груза меняется и водоизмещение, то есть количество этих единиц, то для самой метацентрической высоты и для ее произведения на водоизмещение получаются разные границы. Если груз не принимается, а снимается, то все наши выводы справедли- вы с точностью до наоборот: что для приема — хорошо, то для снятия - плохо. Для формальных расчетов во все формулы надо подставлять груз р и 8Т со знаком минус. Теперь относительно продольной остойчивости. Формулы остаются те- ми же самыми, только /т. надо заменить на Н Это позволяет сделать не- которые упрощения. Так как продольная метацентрическая высота имеет величину порядка длины судна, то в формуле (3-10) в выражении в скоб- ках величинами Т, 6772 и можно пренебречь по сравнению с На. Тогда (£> + р)Н^йН„- (3-19) Таким образом, с достаточной для практики точностью можно считать что при приеме малого груза коэффициент продольной остойчивости остается постоянным После того как мы получили значения новой средней осадки и новой • Напоминаю что мы рассмотрели только приём грум в точку. наховяшуюся на ооной вертикали с цвнгром гишкги пгхныщи иоистиук'дей еаторгннии Теперь его надо перенести мпанную то-«у Как при «том измените* посадаа и остойчивость, мы рассматривали и п 3 1 Й Шкоь Что ото гмо« * ьОалоки с китымноыГ 57
г пар • j алинние tрузл на осгсичилхгь метацентрической высоты, можно перенести груз в горизонтальной плос- кости в нужную нам точку. Как при этом изменятся осадка, крен и диффе- рент - см. п.3.1.1, 3.1.2. А теперь разберемся с приемом большого груза. Во-первых, вспомним, что при приеме большого груза нельзя пренебречь изменением площади ватерлинии и нельзя определять изменение осадки по “линейным" формулам. Поэтому приходится пользоваться гидростатическими кривыми судна или так называемой метацентрической диаграммой, на кото- рой изображаются две кривые — D (или I/, или АЛ) и Zn (рис 3.31). Пусть судно до приема груза имело водоизмещение D, и координаты центра тяжести Х^и Z* На судно принимается большой груз Р с координатами х, и z (предполагается, что судно было без крена и груз принимается в ДП). После приема груза водоизмещение и координаты центра тяжести станут D, *D+P Р.Х^Рх^ х------dTF ” D+P Из рис. 3.31 видно, что до приема груза метацентрическая вьюота была h* После приема груза Р осадка станет Т,, а метацентрическая высота — h,. Увеличится она или уменьшится, будет зависеть от того, какой вид имеет кривая 2» и какова будет величина Z#: h, =Z^, - Z,, (3 20) Как изменится диаграмма статической остойчивости, можно будет узнать, рассчитав ее по D„ X*, Z,,
4 ГЛАВА НАКРЕНЕНИЕ СУДНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА 4.1. ОСТОЙЧИВОСТЬ СТАТИЧЕСКАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ А: Скажите, для чего понадобилось придумывать "статическую" и •динамическую" остойчивости? Это что разные способности сопротив- ляться наклонениям? И как судно “узнает", что сейчас надо сопротивляться так. а потом этак? К Я думаю, что способность сопротивлять- ся одна и та же. А здесь речь идет о различии внешних кренящих моментов А: И в чем же это различие? К: Статический момент — это постоянный момент. Например, мы положили груз на борт Динамический — это момент, появив- шийся внезапно. Например, шквал ветра А: Ну, хорошо Посмотрите на рис. 4.1. Какой кренящий момент изображен там? К: Конечно, статический. А: А почему вы так думаете? К: Он постоянный и не меняется. А: А как будет выглядеть на этом рисунке тот же самый момент, но приложенный дина- мически? К: ..? А: У вас (к сожалению не только у вас) в голове путаница с понятиями постоянный, статический, переменный, динамический Давайте в этом разберемся Меняется пи величина момента в процессе накренения судна9 Другими ело- *0 М®* м Ть .. Чю л го такое ' Диалог* с лагитта»юм f •оссг4нд«1иивакхие*о моменюн Рис * 2 Посюииный (1) и переменило (2 3| «ренеиио момонгм 59
гплвА t нлкпненне сурн подд^ктвиеи netнашего иомену a Рис 4.3 Статически приложенный кренящий момен| вами, зависит пи кренящий момент от угла крена судна? Если ответ на эти во- просы — нет, то такой момент называется постоянным (см рис. 4 1 и рис. 4.2, 1). Если ответ —да, то момент называется переменным (см рис. 4.2,2 и 3). Статическим будет момент или динамическим зависит от того, быстро он прикладывается к судну или медленно Други- ми словами, о том, что у нас будет «статика» или «динамика», говорит зависимость величи- ны кренящего момента от времени. Если момент до своей полной величины на- растает медленно, постепенно, длительное время, то это будет статический кренящий момент (рис. 4.3). Если же момент прикладывается к судну вне запно, очень быстро, мгновенно, то это будет динамический кренящий момент (рис. 4.4). К: Так значит, на ваш вопрос по рис. 4 1, ста- тический это момент или динамический невоз- можно было ответить, так как на этом рисунке нет зависимости кренящего момента от време- ни? Такой график может иметь и статический, и динамический кренящий момент? А: Совершенно верно. К' Но мне все равно осталось неясным, что конкретно означают слова “быстро" и медленно"? Быстро — это доли секунды? Десятки секунд? Минуты? Часы? А: Вы совершенно справедливо ставите вол рос Все эти понятия относительны Что для од- ного судна будет быстрым, для другого может оказаться медленным Время нарастания кренящего момента до своей мак- симальной величины (L на рис 4.3) надо сравнивать с периодом собственных колебаний судна Т.(точнее—с временем наклонения судна на один борт, т е. с L/4) Если намного меньше, чем Т,/4 (например, на порядок, то есть в де- сять раз), то кренящий момент надо считать динамически приложенный. Ес- ли же время t того же порядка, что и Т„/4 или превышает его, то кренящии мо- мент может рассматриваться как статический Вообще в природе кренящие моменты не могут появиться мгновенно Даже шквал имеет какое-то время нарастания. Поэтому в жизни график динамически приложенного кренящего момента выглядит скорее как на рис. 4.5, чем как на рис. 4 4. Однако для те- оретических расчетов обычно используется аппроксимация рис 4 4 К: Но почему же все-таки кренящие моменты делят на статические и динамические? 60 ю Млл.мт Осгоие^мость Что лю с )' Рис 4.4 График динамически приложенного кренящего момента М* I Рис I 5 Волво роапм«ый г рэфи* динамического момента
ГЛАВА 4 НАКИГ Ht HHt СУДНА ГЮДДЬИСГВИСи ЮТнЯЩСГО MOMCHTA А Потому что при их действии судно ведет себя совершенно по-разному. 4.2. УРАВНЕНИЕ НАКРЕНЕНИЯ СУДНА Напоминание Обычно мы из теоретической механики запоминаем уравнения равновесия (уравне- ния статики) Сейчас я хочу напомнить уравнения движения, уравнения динамики Со- гласно известному принципу Германа-Эйлера-Наламбера. уравнения динамики (уравне- ния движения тепа) по виду не будут отличаться от уравнений статики (уравнений равно- весия тепа), если ко всем сипам (моментам сил), действующим на тело. з&бавить сипы (моменты от сип) инерции с обратным знаком При накренении судно может рассматриваться как тетю с одной степенью свободы (вращение вокруг продольной оси) Тогда уравнение его накренения можно будет запи сап, в виде 41 (по суси — эго знакомое со школьных времен математическое выражение второго закона Ньютона F- ma. только у нас при вращательном движении не сила, а мо мент силы, не масса, а момент инерции массы, не линейное, а угловое ускорение) (4.1) Здесь: М„ момент от сил инерции массы судна и присоединенной массы воды LM. сумма всех моментов, действующих на судно: ZM. = мг*м, «м. М. момент от сип сопротивления; М. момент от восстанавливающих сил: М» - кренящий момент Кренящий момент —это момент от Ънешмия*сип. остальные моменты от ’внутренних'сип Момент от сил инерции пропорционален угловому ускорению Л/м( - (!„ т £1 „ >0 Момент от сил сопротивления зависит от угловой скорости (при малых скоростях — зависимость линейная, коэффициент пропорциональности сбычно обозначается 2N. при больших — близка к квадратичной, коэффициент пропорциональности w) Л/, » -2N,e (мь. будем считать скорости малыми. знак минус появляется потому, что сила сопро- тивления направлена в сторону, противоположную скорости). Восстанавливающий момент — это диаграмма статической остойчивости Mn-DL. Кренящий момент в общем случае может зависеть и от угла крена и от времени M^=Mje,t) Тогда уравнение накренения судна может быть записано в виде (/„ +&,, )ё + 2У,в + Р/. - Л/,р(ЯЛ (4.2) 4.3. НАКРЕНЕНИЕ СУДНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ СТАТИЧЕСКИ ПРИЛОЖЕННОГО МОМЕНТА А Рассмотрим такой пример У пирса стоит шлюпка. Я осторожно ставлю ногу на ее борт, медленно переношу на нее тяжесть тела и приставляю вторую ногу. Что будет происходить со шлюпкой? К: Она накренится и будет плавать с некоторым углом крена Ю Мелов 'ОстоЬчюосгъ Что его толов ? фллпогв с лвпвтвно*)' 61
ГЛАВА 4 НАКРЕНЕНИЕ судна ЛСЙ ДГ ИС t ВИТЫ КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТ А А: У меня возникает сразу несколько вопросов Почему она станет крениться? Ведь сила тяжести моего тела может вызвать только поступательное перемещение шлюпки. Чтобы она повер- нулась, нужно приложить момент. Откуда он возьмется? До какого угла накренится шлюпка? Как будет проходить это накренение? Нэломинание При приеме грум (а когда я становлюсь на борт шлюпки, это равносильно приему на Рис 4 в Крен иной момвн! ot принятого груза шлюпку груза весом р) судно садится глубже. В еоду входит дополнительный обьем Sv и возникает дополнительная сипа поддержания убе. приложенная в центре тяжести обкома Sv и равная по величине р (рис. 4 6). Плечо кренящею момента, как видно из рисунка, будет равно l=y,.CasO-Tt~Sine. а М.=р1 (Если возвышение груза над плос- костью ватерлинии невелико, те. з~мало, то график кренящего момента близок к косинусоиде ) Как будет меняться угол крена ? Так как давления на борт шпюлки возрастало мед- ленно, постепенно, то можно пренебречь угловыми скоростями и угловыми ускоре- ниями Тогда уравнение 4 2 примет вид О.яМж(0.1) или (4.3) До каких пор шлюпка будет крениться? Шлюпка будет крениться до тех пор, пока не сравняются кренящии и ажстанавпи- вающий моменты (кренящий с увеличе- нием угла крена —уменьшается, а восста- навливающий — увеличивается). Мы пред- полагаем здесь, что восстанавливающий момент рассчитан с учетом принятого груза Угол крена будет расти постепенно, пока не станет равным (К (рис 4 7) На атом статического момента рисунке вниз направг.она ось времени t К: Но из того же рисунка видно, что возможно положение равновесия 0, когда М^,=М„ .Так как узнать, в каком же из них будет плавать шлюпка? Делается это так Надо мысленно отклонить тело от положения равновесия в ту или другую сторону на небольшой угол, отпустить его и посмотреть, что будет Если от угла в. наклонить шлюпку немного больше, то окажется, что М~(а он действует по часовой стрелке) станет больше М, и шлюпка будет продолжать крениться дальше, до опрокидывания Если 62 Ю Мкчм ТХгои^мос г» Чтс ЗЮ га-о» ’ (Днялхи с
пилл л накяенение судна под действием кренящего мсмснм угол »рннл немного уменьшить, го М,(а он действует против часовой стрепки/станвт больше М.,. и угол крена станет уменьшаться дальше пока не дойдет до •»,, Таким образом О это точка неустойчивого равновесия Аналогично можно проверить точку «, и убедиться что это точка устойчивого равновесия А теперь я хочу задать вам вопрос. Пусть кренящий момент действует на судно статически И пусть его величина не зависит от угла крена, т.е график кренящего момента — горизонтальная прямая линия Сможет ли такой кренящий момент опрокинуть судно? К: Конечно, сможет, если будет достаточно большой А При каком угле крена произойдет опрокидывание и какова будет величина минимального опрокидывающего момента? К: Я думаю, что минимальный опрокидывающий момент должен хоть немного превысить максимально возможный восстанавливающий момент, а опрокидывание произойдет при угле заката диаграммы, когда исчезнут положительные плечи остойчивости. А: Тут я хочу заметить, что на этот вопрос бывают совершенно разные ответы. Ваш ответ, пожалуй, встречается чаще других. Однако, он не совсем верный Вернемся к рис 47 Мы установили, что при угле крена 6, положение равновесия будет устойчивым, а при угле крена в, — неустой- чивым Если мы величину креня- щего момента уменьшим или увеличим — ничего принципиально не изменится. Таким образом, все точки равновесия, которые располагаются слева от максимума, находятся на устойчивой ветви ДСО. а точки, расположенные спра- ва от максимума - на неустойчивой ветви Значит, по мере увеличения статического кренящего момента угол крена будет расти, опроки- дывание произойдет, когда креня- щий момент достигнет величины Рис 4 8 Накроясние и о ркжмдывамич? судом под действием статичесмого момента (точнее — чуть-чуть его превы- сит). а угол опрокидывания будет равен углу максимума ДСО - (рис 4 8) 4.4. ДЕЙСТВИЕ НА СУДНО ДИНАМИЧЕСКОГО МОМЕНТА А А теперь рассмотрим случай, когда я прыгнул на борт шлюпки. (Точнее, я повис над бортом шлюпки, касаясь планширя ногами, а потом внезапно от- пустил руки) Таким образом, я внезапно приложил тот же самый свой вес ТС Мькяя *Осто*чммс'ь что >то такое ’ (/Ьышгк с клпитмонГ 63
ищи < HAKHlHtHHT СУДНА 1ТОДЛТИСТвИТМКЧ1НЯЩ£ГО МОМЕНТА p. не добавляя своих инерционных сил.) Что будет происходить дальше? (И опять этот вроде бы простой вопрос обычно вызывает острые дискуссии, разные мнения.) К: Шлюпка сначала резко качнется на один борт, потом на другой Пос- тепенно колебания затухнут, и она останется стоять с некоторым углом крена. А: Какой это будет угол? На много ли в первом размахе крен превысит этот угол? К: Окончательный угол будет тем же, что и при статическом приложении момента, а угол при первом динамическом наклонении не намного, но превысит окончательный. А: Давайте попробуем разобраться с этим. Напоминание Обратимся опять к уравнению 4 2 Сейчас кренящий момент прикладывается внезапно, динамически поэтому инерционными сипами пренебрегать никак нельзя. А вот силами сопротивления я предлагаю пренебречь К чему это приведет? Во-первых. очень упростится анализ нашего уравнения И во-вторых, хотя мы сознательно допускаем ошибку, но она гаде/ в безопасную сторону если будет сопротивление вращению, то крен получится меньше, чем без сопротивления Теперь уравнение будет иметь вид (/„+<5/„)0= Чр-Л/в Вспомним, что </’о ./» —=е — Л1 ~ dr dO~ dO тогда d9 = M^dO-M.dB-dA^-dA,. (4 4) Так как работа сипы при поступательном перемещении ость произведения сипы на переме щение, то работа момента при вращательном перемещении есть произведение момента на угол поворота. Тмим образом, правая часть нашего уравнения представляет собой разность работ кренящего и восстанавливающего моментов. Проин грг рируем полученное уравнение при следующих начальных условиях: пусть при i-0,e=9t и в = в„ .а при т-1,0=0 и g,g J(/„ + Sl„ W do = j M„de - jM,dO Проин rorpwpyev певую часты e e * к = (/„+Л )— Г a 7-'- + ae2-^'+ в, XX “ 2 k 2 2 = £,(0)-Е.(0„) = ЙЕ,. Это — приращение кинетической энергии при накренении от угла Л до О. Правая часть 64 КЗ Маков ЮспЗьххвжть.. Что эго пмоэ’0амеп> с иоигмом}'
ГИЛЛА 4 М4КРЖЯИД CYJW MUVtHJA 4,p — это работа, которую произвел кренящии момент при накренении сурна от угла И, до О. J м^м = д, — это работа, которую произвел восстанавливающий момент при накронении судна на тот же утоп Предположим, что судно начинает крениться из равновесного положения. те начальная угловая скорость 0'^0 рак обычно и бывает при оценке остойчивости) Кроме того, если мы хотим определить максимально возможный (динамический) утоп крена, то угловая скорость О'будет также равна нулю При этом угле судно на мгновение остановится, а затем начнет крениться в обратную сторону 8 этих предположениях оказывается, что приращение кинетической энергии 6Е,яО(и нам не надо его вычислять.'). Тогда оказывается, что А„=А. (4.5) Таким образом при действии на судно динамического кренящего момента судно будет кре- ниться до тек пор. пока не сравняются работы кренящего и восстанавливающего моментов 4.5. КАКОЙ ВИД БУДУТ ИМЕТЬ ГРАФИКИ РАБОТ КРЕНЯЩЕГО И ВОССТАНАВЛИВАЮЩЕГО МОМЕНТОВ? А Итак, мы установили, что для оценки динамической остойчивости необходимо знать работы кренящего и восстанавливающего моментов. Попробуем вычертить их графики. Начнем с момента кренящего. Примем для простоты, что момент не зависит от угла крена, и что судно начинает жения (0a=ff). Тогда = Л/, ре = А/.Л (4.6) II в Это — уравнение прямой линии, проходя- щей через начало координат с угловым коэффициентом Mv (рис.4 9). Как построить график работ данного кренящего момента? Обратите внимание на то, что когда динамический угол крена дос- тигает одного радиана в, =/, то Av- . Теперь мы имеем две точки на нашей прямой Первая точка — начало координат: когда ва=0, то Av=0. крениться из прямого поло- Рис 4.9 Графак постоянного момент» и «о работы Теперь займемся восстанавливающим моментом. Если кренящий момент от угла крена, как правило, зависит очень мало или совсем не зависит, то восстанавливающий момент зависит очень сильно, и кривая, выражающая эту зависимость, называется диаграммой статической остойчивости Кривая зависимости работы восстанавливаю- щего момента от угла крена определяется выражением Ю. Миш» Осюачявость Что »ю гааоя Т Лмпоп с илпкгкноч/- 65
гплвл « нлкргпгнис cv/цл поджяспиеи иг-ечяшпо маыентл Рис 4 Ю О аг рам ма статическом и дга'рамма динамической остойчивости остойчивости может быть мической остойчивости". 4 = ]м,<Ю (4.7) Л Так как М. зависит от 0. то этот интеграл с переменным верхним преде лом можно вычислить только приближенно (например, пользуясь правилом трапеций), используя диаграмму статической остойчивости (рис 4 10) Этот интеграл, вычисленный в пределах от Одо 0,. дает площадь под кривой ДСО, ограниченную этим углом Эта площадь численно равна работе, совершен- ной восстанавливающим моментом Размерность [M.J = Нм, размерность [А..| = Нм рад = Дж (так как угловая единица — радиан — величина безразмерная) Кривая А„= f(0) называется диаграммой отнамичесхой остойчивости и является интегральной кривой (кривой площадей) по отно- шению к кривой М.= f(0) (подобно тому, как гру- зовой размер есть интегральная кривая по отно- шению к строевой по ватерлиниям). При углах крена, при которых основная кривая пересекав’ ось абсцисс (М,= 0). интегральная кривая имеет экстремумы: при 0 = 0— минимум, при 0 = 0, — максимум При угле 0- интегральная кривая име- ет точку перегиба. Типичный вид этой кривой представлен на рис.4.10. Точно так же, как диаграмма статической остойчивости может быть представлена “в моментах" и "в плечах статической остойчивости", диаграмма динамической представлена "в работах" и ' в плечах дина- Л = f = J = = °C (4.8) II • <1 Кривая /„ есть интегральная кривая по отношению к L. 4.6. КАК БУДЕТ КРЕНИТЬСЯ СУДНО ПОД ДЕЙСТВИЕМ ДИНАМИЧЕСКИ ПРИЛОЖЕННОГО КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА? Прежде всего определим, до какого динамического угла крена накре- нится судно. Будем считать, что кренящий момент постоянен и не зависит от угла крена. Нам надо найти такой угол крена, при котором сравняются работы кренящего и восстанавливающего моментов (в начале накрене- ния кренящий момент больше восстанавливающего и его работа больше работы восстанавливающего). Все это можно определить как по диаграм- ме статической, так и динамической остойчивости (рис.4.11). ее Ю {Хггоймиадегь Что зто гаме» ’ с <4 нм гамом f
глава 4 накгснение судна паддеаствиЕи кренящего ыоыента Из рис. 4 11 видно, что дня того чтобы уравнять работы кренящего и восстанавливающего моментов, на- до найти такой угол в,. при котором площадь ОАСЕ (это работа креняще- го момента) будет равна площади OBDE (это работа восстанавливаю- щего момента). Так как площадь ОВ- СЕ у них общая, то уравнять (на глаз) надо площади ОАВ и BDC. Если динамический угол крена ви лежит в пределах линейной части ДСО, то он будет ровно в 2 раза больше стати- ческого. Если же ft приходится на нелинейную часть ДСО, то он более чем в два раза превысит статичес- кий крен (правда, при наличии со- противления наклонениям углы бу- дут несколько меньше) Вот почему действие динамического кренящего момента гораздо более опасно, чем действие статического! Еще раз обратимся к рис 4.11: по точке пересечения кривых мо- ментов определяется статический угоп крена, по точке пересечения кривых работ —динамический К: А как будет изменяться угоп крена во времени9 А Если решить дифференциаль- ное уравнение (4 2) в предполо- жении ОТСУТСТВИЯ Сопротивления И Рис 4.12Накренен«1есуЕиапоооейсгвием углов крена в пределах линейной аино«в»чос.ого момо^о части ДСО (4« hJJ). то колебания будут просто гармоническими, неза- тухающими Если же учесть наличие сопротивления, то колебания станут затухающими В конце концов судно остановится и будет стоять с креном ft, (рис 4.12). 4.7. КАК ПРОИСХОДИТ ОПРОКИДЫВАНИЕ ВЫСОКОБОРТНОГО СУДНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ДИНАМИЧЕСКИ ПРИЛОЖЕННОГО КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА? А: Скажите, кренящий момент, изображенный на рис. 4.12, опрокинет судно? С Млкм . нто эго с яапмтлмомГ 67
IIIASA « НАКЕЧШ ><X CY/fiA ПОД lit РСТВНЕЫ КРЕНЯЩЕГО HOME UTA К: Нет, он слишком мал А: А какой по величине момент опрокинет это судно? При каком угле крена судно опрокинется? Этот момент будет больше, чем опрокидываю- щий статический, или меньше? А угол опрокидывания при динамическом моменте будет больше, чем при статическом, или меньше? К: Затрудняюсь ответить. А’ Тогда давайте разберем эти вопросы подробнее Рис 4.13 Определение динамически приложенного олрогмдыыюдего момента Очевидно, что опрокидывание произойдет в том случае, если работа восстанавливающего момента в процессе накренения судна не сможет сравняться или превысить работу кренящего момента Площадь CDF на рис 4.11 • это та дополнительная рабо- та (за исключением общей площа- ди ниже прямой Мкр), которую восстанавливающий момент мо- жет противопоставить кренящему Она носит название запас динами- ческой остойчивости. Судно опро- кинется, когда будет исчерпан весь запас, когда он станет рав- ным нулю Значит, кренящий мо- мент должен стать таким, чтобы площадь ОАВ стала равна площади BDF (рис 4.13). На диаграмме динамической остойчивости в этом случае гра- фик работ кренящего момента должен коснуться графика работ восстанавливающего момента. И произойдет опрокидывание при динамическом угле крена, соот- ветствующем точке F на диаграм- ме статической остойчивости или точке касания графиков работ на диаграмме динамической остойчивости На рис. 4 14 показаны процессы накренения судна динамическим мо- ментом, величина которого чуть-чуть меньше и чуть-чуть больше опрокидывающего 68 С AUacw T>rou> ииссть ЧТО ЭТО ТЭВО»? фмгог» С «ЛШКГАНОМ)'
ГЛАВА 4 Н4КЯЕ»СНИЕ CKO44 ПОЛ ДЕНСТВИСЫ МЧмЯЧЦГО UOUEHTA А теперь: внимание! Вот такая, “классическая" схема накренения и опрокидывания судна под действием динамического кренящего момента описывается во всех учебниках. Но так ведут себя не все суда! Дос i а точно похоже на эту схему (это показали эксперименты в бассейне) кренятся и опрокидываются только высокобортные суда Низкобортные суда ведут себя совершенно иначе. Но об этом — чуть позже. 4.8. КАК ПРОИСХОДИТ ОПРОКИДЫВАНИЕ СУДНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИМПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ А: Импульсная нагрузка - это нагрузка, которая прикладывается в течение бесконечно малого промежутка времени (рис. 4 15). После при- ложения такой нагрузки судно станет совершать затухающие колебания, если не опрокинется в первом размахе. К. А каков должен быть угол крена в первом размахе, чтобы судно оп- рокинулось? А Так как в этом случае никакой момент постоянно на судно не действует, оно опрокинется, если угол крена достигнет (и несколько превысит) угол зака- та диаграммы статической остойчивости 4.9. КАК ВОЗНИКАЕТ КРЕНЯЩИЙ МОМЕНТ ОТ ДЕЙСТВИЯ ВЕТРА? Кренящие моменты в чистом виде в природе не существуют. На практи- ке они появляются как результат действия на судно некоторой внешней силы и противодействия ей другой возникающей силы, составляющей с первой пару сил. Физику возникновения кренящих моментов от переноса О «М4» ТХ-т<м-44««м;»* Чро 9го гллое * с клы &***)' 69
ГЛАВА 4 НАКРЕНЕНИЕ СУДНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА и приема грузов мы уже рассматривали. Рассмотрим возникновение кренящего момента от боковой силы, например, сипы давления ветра. 4.9.1. Ветер Обычно ветер не дует постоянно с одинаковой силой. При устойчивом ветре мгновенная скорость его пульсирует около своего среднего значения, отклоняясь на 20-40%. Продолжительность пульсаций мала (до 2-3 секунд), и в сипу своей инерции судно не успевает на них отреагиро- вать, те. накрениться Поэтому действие устойчивого ветра носит скорее статический характер, и сипа давления ветра на судно определяется средней скоростью ветра. По-другому ведет себя судно под действием шквалистого ветра Шквал пред ставляет собой порыв ветра, продолжительность которого сравнительно вели- ка. Под действием шквала судно испытывает скорее динамическое накрене- ние В этом случае сила давления ветра определяется скоростью в порыве Скорость ветра существенно зависит от высоты над поверхностью моря, так как движение воздуха затормаживается из-за трения о воду. Обычно в расчетах остойчивости за характерную принимают скорость на высоте 6 метров над поверхностью моря Впервые шкала изменения силы ветра была предложена Бофортом в 1802 году В Таблице 1 приводится соотношение между балльностью и скоростями и давлениями ветра на высоте 6 метров над уровнем моря Силу давления ветра на судно можно подсчитать по формуле Р^рЛ. [кН], (4 9) где р, - давление ветра на высоте центра парусности, [кПа], А - площадь парусности мг Давление ветра определяется по формуле Р,=кС,^-г (4.10) где к - квадрат коэффициента порывистости ветра; принимается к=1.5; С, • коэффициент аэродинамического сопротивления; принимается С,=1.3; р, - плотность воздуха; принимается р,=1.226 1О3т/м3; и - средняя эквивалентная скорость ветра; принимается в зависимости от силы ветра в баллах (см Таблицу 4.1). 4.9.2. Действие ветра на судно Сила, с которой ветер действует на судно, зависит от скорости ветра, величины и формы надводной части судна, от курса судна относительно ветра и скорости судна Наибольшей величины сила давления ветра до- 70 Ю АСтол •Остоймивосг» 9го эго гладе » с клпмгакм*)
ГЛАВА 4 НАКРЕНЕНИЕ СУДНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА Таблица 41 Шкала Бофор га Сипа негра » Ckluiux |ю шкали Гофорта Сред мин >мннналс1П ihiM СКОроСТЪ ЯСТрж и. мсск Данление ветра на пмеок* 6 м. pfc.. Па 0 0 О 1 0 9 1 "» 2.5 7 3 4 4 23 4 6.7 54 5 9.4 105 6 12 1 1X1 7 15.5 2X7 X 19.0 429 9 22 6 61 1 10 26.5 836 11 30.6 1110 12 34.Х 1448 13 39.2 1X37 14 43 К 2293 15 48.6 2X1 X 16 53.5 3421 1 - стигает при расположении судна лагом (или почти лагом) к ветру. Этот случай и будем рассматривать Площадь проекции надвод- ной части судна на диаметральную плос- кость называется площадью парусности, а центр тяжести этой площади — центром па- русности. Хотя давление ветра зависит от высоты Таблица 4 2 Изменение давления с высотой Pz'fV., 1 0.61 1 э 0.744 3 О.Х34 4 0,901 5 0.955 6 1.000 7 1 019 X 1.073 V 1.104 10 1.132 11 1.155 12 1.1X1 13 1.201 14 1.223 15 1.242 16 1.260 17 1.277 IX 1,293 19 1.309 20 1.323 Рис 4 16 ОАтякаиия судка над поверхностью воды, сейчас обычно счи- воздушным потоком тается (это допущение для упрощения расче- тов), что на всю площадь парусности действует постоянное давление та- кое же. как на уровне центра парусности, а равнодействующая всех дав пений проходит через центр парусности. Однако на самом деле действие ветра на судно гораздо более сложно Г о- ризонтальный ветер действует не только на вертикальные плоскости судна, но и на горизонтальные поверхности — палубы, крыши надстроек и рубок и т. п (рис 4 16). На вертикальных наветренных поверхностях повышенное давление обра- зует силу Р„ на горизонтальных — из-за разрежения появляется ‘подсасы- О Млиоа Оспмъмисть... Что эго <0итглогш с клпв’лнслЕ)' 71
ГЛАВА A НАКГЕкОМГ СУОНА ПОДЦТНСГЦН(иKPfHHUAtrO MOUCHTA вающая" сила Р.. Поэтому результирующая сил давления ветра Р идет не го- ризонтально, а под некоторым углом Из-за этого судно обычно немного всплывает, появляется “потерянная" сила плавучести, которая вместе с "подсасывающей" силой образует пару сил и создаёт дополнительный креня- щий (или восстанавливающий) момент (рис 4 17). Рис 4.17 Давление ветра на вертикальны* и горизонтальные Рис 4 16 Упроилмная схема сил. ренет вусшид на судно при ожвале 4.9.3. Образование динамического КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА Кренящий момент образуется принци- пиально по-разному в зависимости от того, дует ли ветер с постоянной силой ипи нале- тел шквал. Если на судно налетает шквал, то можно считать, что сила Р прикладывается практиче- ски мгновенно, динамически. Однако она не успевает сдвинуть судно поступательно вслед- ствие его большой инертности. В первый мо- мент силе давления ветра сопротивляется си- ла инерции судна (вместе с присоединенной инерцией жидкости) Эта сипа инерции F про- ходит через общий центр масс судна и присо- единенной жидкости Обычно для упрощения расчетов считают, что она проходит через центр тяжести судна. Вместе с силой Р (кото- рая для упрощения расчетов также принима- ется горизонтальной) она образует пару сил с плечом L, и создает динамический кренящий момент (рис 4.18). М. = Р. 4, (4.11) где L* = Z-Z, — возвышение центра парусности над центром тяжести, м 4.9.4. Образование статического кренящего момента Если действует ветер постоянной силы, то механизм образования кре- нящего момента будет иной. Под действием силы Р судно начинает дрей- фовать При этом появляется сипа сопротивления дрейфу О По мере увеличения скорости дрейфа сипа Q будет возрастать до тех пор, пока не станет равной сипе Р. В дальнейшем скорость дрейфа будет оставаться постоянной, а движение установившимся Эти две сипы и образуют пару сил, создающих кренящий момент На самом деле сила О, как и сила Р, не будет горизонтальной. У нее будет и вертикальная составляющая. При обтекании подводной части кор- 72 АЗ Млызв 'Осго^чллостб Что 9W ? (Диалог* с лапмглно*!'
ГЛАВА А НААЛСНСНИС СУДНА ПОДДСНСПЫНАКР€НЙЦ£ГО М0МГНТ4 этих давлений идет под пуса также образуются завихрения и давления по поверхности обшивки распределяются так, что результирующая некоторым углом к горизонту (рис. 4.19). Таким образом, если на судно действует постоянный ветер и оно дрейфует с пос- тоянной скоростью, то появляются силы Р и О (рис 4 20). Следует заметить, что величи- на этих сил зависит не только от скорости ветра и скорости дрейфа, но и от угла крена судна. Сейчас нет надежных данных для опреде- ления вертикальной составляющей силы давления ветра для любого судна Поэтому мы вынуждены пользоваться допущением, что сила Р горизонтальна и проходит через центр парусности Подсчитывается она по формуле (4.8). Что касается силы сопротивления дрейфу О, то различными исследователями прове- дено довольно много экспериментов (надеж- ного теоретического решения этой задачи пока нет). В нашем университете в 80-х годах на специально спроектированной для •тих целей установке была проведена боль- шая серия экспериментов с моделями основных типов добывающих и транспортных судов, а также серии схематизированных моделей. В экспе- риментах определялись обе составляющие сипы сопротивления не только для прямого положения, но и для различных углов крена Для цепей практического расче- та была предложена спедующая схема. Предпопагается. что сипа давления ветра имеет только гори- зонтальную составляющую Р и проходит через центр парусности точку А а сипа сопротивления О имеет также только горизонталь- ную составляющую, но проходит она не через центр давления Н, а через току И', которая располо- жена так. чтобы вместе с силой Р сила Q создавала истинный кренящий момент. Плечо этой пары сип — /,. Соответствующим образом были обра- ботаны результаты экспериментов. Таким образом, эта горизонтальная Рис 4 19 Обтокаиио подворной части cyixa при дрейфе Рис 4 20 Схема сип давления ветра и сопротивления во®. Рис 4 21 Упроихгнна* схема сил при образовании статического момента О Ос гой нивес гь 9го лго гажм? (Оммюгис к длит дном Г 73
там 4 накгснсннс судна под действием кренящего момент а сила считается проходящей через некоторую фиктивную точку Н на высоте Z, (рис 4 21). Тогда полный кренящий момент может быть рассчитан по формуле: M,=PI^P(Z,-ZJ Cose (4.12) Плечо кренящего момента равно /,=Pf4-2J CosO (4.13) В результате обработки экспериментальных данных были получены регрессионные уравнения, позволяющие рассчитывать Z, и кренящий момент при установившемся дрейфе для произвольных форм корпуса Аппликата Z, в безразмерном виде подсчитывается по формуле: Z/Г = ал+a,B/T + aree+a. L/B (4.14) Здесь: е,— угол входа верхней палубы в воду, градусы; он определяется ИЗ формулы tgQ, = - - , где Н — высота борта на миделе. Т — осадка, В — ширина судна; <р — коэффициент продольной полноты. Таблица 4 3 Коэффициенты для формулы (4 10) 0. градусы at. -1| (ВТ) «2 а« <Ф) Щ II./H) 0 2.548 0.027 0002 2.414 0.046 10 2.819 0022 0.009 3.635 0 037 20 3 451 0 103 0.011 6.590 0 267 30 5.355 0.423 0.019 11.356 0.525 40 3.102 0424 0.007 14 III 1.198 50 1.277 0.4X7 0.019 12 983 1 256 Коэффициенты а. могут быть взяты из Таблицы 4 3 в зависимости от угла крена. Эти уравнения дают достаточную точность, если характеристики судна не выходят за следующие пределы: 1.5S B/Ts 3.5 0 S 0., S 40° 0.55 < <₽< 0.72 3.5 S 7.0. На рис. 4 23 даны кривые Zq/Тдля ряда судов, полученные эксперимен- тально (пунктир), и рассчитанные по формуле (4.14) (сплошная пиния). Автором были испытаны модели: • малого рыболовного траулера с кормовым тралением (МРТК); •среднего рыболовного траулера-рефрижератора разных модификаций (СРТР); 74 Ю Ммоа Хкгоиммогг» Что эго гми* ’ Аимол» с шнггыю»/
Рис 4 22 Крив** плач ярамящяа момент di ветра для типа БАТМ ГЛАВА 4, ММОЧХИИЕ СУДНА ПОД ПЕЙСГЯНЕЫ КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА • большого морозильного рыболовного траулера разных модификации (БМРТ); • рыболовного траулера типа «Атлантик-разных модификаций (РТМА): •схематизированные модели транспортных судов, испытанные В В Гарькавым (ВВГ) Если Zq/T> 1, то сила О проходит выше вагерлинии, если Zq/T<0, то Сила О проходит ниже киля Когда при крене судна в воду входит открытая палуба или фальшборт, сипа Q проходит значительно ниже киля и плечо кренящего момента Существенно возрастает Типич- ный вид кривых плеч кренящего момента для ветра различной си- лы, подсчитанных по формуле (4.13), показан на рис 4.22 Поря- док величин плеч кренящего мо- мента говорит о том, что для ава- рийного судна (для которого Ре- I гистром допускается максималь- ное плечо L= 0.1 м) ветер в 9 10 Iбаллов может представлять боль- шую опасность 4.10. КАК ПРОИСХОДИТ НАКРЕНЕНИЕ И ОПРОКИДЫВАНИЕ НИЗКОБОРТНЫХ СУДОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ДИНАМИЧЕСКОГО КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА? А: Как мы увидели раньше, типичная картина опрокидывания высоко- бортного судна выглядит так: • судно опрокидывается во время первого размаха; • за время накренения дрейф не успевает развиться сколько-нибудь значительно; • если в первом размахе судно не опрокидывается, то в последующих размахах амплитуды колебаний уменьшаются, и судно не опрокиды- вается вообще Процесс опрокидывания низкобортных судов протекает совершен- но иначе: • при первом же накренении, когда в воду входит палуба и фальшборт, рез- ко увеличивается сила демпфирования и процесс накренения сущест- венно замедляется; при первом накренении судно не опрокидывается; • под действием силы ветра судно начинает дрейфовать Ю Ма. оя О. пи> емасп. Что ата талая т с «Я'мтаммИ' 75
гплал 4 HMPfufHHt судил под дежгвиеи кренящего мол* игл
ГЛАВА 4 НАКВеНСНИС CVIHA ПСДДейСТВИТМ ККНЯШЕГО НЮМЕНТА •по мере возрастания скорости дрейфа увеличивается сила сопротивления дрейфу и вели- чина кренящего момента: •судно совершает затухающие колебания вокруг постепенно возрастающего -псевдостати- ческого" угла крена; •если крен достигает угла мак- симума диаграммы статичес- кой остойчивости, то судно оп- рокидывается практически «в статике-; • если крен не достигает угла 0„, то бортовые колебания посте- пенно затухают и судно продол- жает дрейфовать с постоянным углом крена. На рис. 4 24 и рис. 4 25 показаны [типичные процессы накренения и [опрокидывания низкобортного [судна, под действием динамически приложенного кренящего момента от силы давления ветра (шквал). Как видно из первого рисунка, если кренящий момент не достигает величины опрокиды- вающего, то колебания, возник- шие в первый момент, посте- пенно затухают, и судно остаётся Рис 4 25 Процесс огрокнвмпаним нммиборгни'о супна поя деис.таием рииамиче-*ого мом«»та плавать с углом крена Если же кренящий момент равен опрокидывающему или превышает его, то наибольший угоп крена судно также получит не в первом размахе, а по прошествии неко-торого времени По мере развития скорости дрейфа возрастает кренящий момент и судно опрокидывается даже под действием динамического кренящего момента практически -в статике-. 4.11. ЧТО ТАКОЕ ПОТЕРЯ ОСТОЙЧИВОСТИ? А Потеря остойчивости - это достаточно сложный физический процесс трудно поддающийся строгому математическому описанию. Особенность этого процесса - кратковременность его протекания и нестационарность Ю ДЛлж.те Осгончиеость... Что эго гвжое ? С тслытанонГ 77
ГПАВА 4 HAKPfHtHHE СУДНА ПОД ДСЙСТВНСМ КРЕНЯЩС ГО МОМЕНТА Даже в условиях регулярного волнения опрокидывание оказывается переходным (импульсным) процессом. Потерю остойчивости, то есть опрокидывание, можно рассматривать как потерю устойчивости одного из видов движения, а именно, крена при действии приложенных к судну внешних сил. Особенность процесса за ключается в «скачке» или «разрывности» движения. Потеря остойчивое ти означает переход к такому режиму движения, который практически не допустим При этом судно начнёт совершать колебания относительно вто рого устойчивого положения равновесия - вверх килем (рис. 4 26). На оси абсцисс показана диаграмма статической остойчивости судна, построен ная в диапазоне улов крена от нуля до 360 градусов.
5 ГЛАВА НЕПОТОПЛЯЕМОСТЬ СУДНА А: Начнём с традиционного вопроса: что такое непотопляемость судна? К: Непотопляемость — это способность судна плавать и не опрокидываться, когда некоторые его помещения затоплены водой А: Правильно! По сути — это плавучесть и остойчивость аварийного судна. Но прежде чем мы попытаемся определить осадку и ДСО аварийного судна, давайте вспомним некоторые важные вещи. 5.1. КАТЕГОРИИ ЗАТАПЛИВАЕМЫХ ОТСЕКОВ А; Вы, конечно, помните, что в теории непо- топляемости все отсеки делятся на несколько видов или категорий. Почему это делается? К; Потому, что разные отсеки по-разному влияют на остойчивость А: Совершенно верно. Если поврежденный отсек заполнен полностью то безразлично, повреждена ли у него обшивка или мы сами залили его водой (приняли жидкий груз). Более того, если этот груз будет твёрдым (например, вода замёрзнет), то посадка и остойчивость никак не изменятся. Такие отсеки относят к отсекам 1-й категории (рис 5.1). Если же отсек заполнен не полностью (например, пробоину успели заделать), то влившаяся вода получает возможность пере- пиваться при наклонениях и изменять остойчивость судна (см. П.3.3 «Влияние жидких грузов на остойчивость») Это необходимо учитывать при проведении расчётов. Такие отсеки относят ко 2-й категории (рис. 5.2) С Ммо» ‘Осгоймиюсгь Нго гп гаыж? Oaawaс чапчатжГ 79
ГЛАВА 5 HfПОТОПЛЯЕМОСТЬ СУДНА Рис, 5 3 Отсек 3*й категории И, наконец, если повреждён крупный отсек и пробоина не заделана (отсек сообщается с за- бортной водой), то уровень воды в этом отсеке установится на уровне забортной воды При наклонениях вода будет частично выливаться из отсека или вливаться в него и это также не- обходимо учитывать при расчетах Такие отсе ки относят к отсекам 3-й категории (рис 5.3). Перечисленные категории отсеков считают- ся основными Наряду с ними встречаются отсеки с воздушной подушкой, дав пение в которой отличается от атмосферного В этом случае уровень воды в отсеке не совпадает с наружной ватерлинией судна. Такие отсеки относят к 4-й категории 5.2. КОЭФФИЦИЕНТЫ ПРОНИЦАЕМОСТИ А: Кроме того, в отсеках обычно находится какое-либо оборудование или грузы, которые занимают часть объёма Даже если отсек совершенно пустой например, пустая цистерна, то и тогда в отсеке имеется какой-то набор (шпангоуты, бимсы и т.п ), который также занимает некоторую часть объёма Поэтому фактически в повреждённый отсек вливается объём воды меньше его теоретического объёма. Это также надо учитывать при расчётах. Отношение фактически влившегося объёма воды к теоретическому объёму называют коэффициентом проницаемости отсека ц. При расчётах обычно принимают коэффициенты проницаемости, рекомендованные Регистром. Например, для цистерн и междудонных пространств ц=О.Э5, для машинных отделений ц-0.85, для загруженных трюмов ц=0.60 5.3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ А; На влившуюся в отсек воду можно посмотреть под двумя разными углами зрения. В соответствии с этим существуют два метода расчёта непотопляемости. 5.3.1. Метод приема груза, или метод переменного водоизмещения А; Воду, впившуюся в повреждённый отсек, можно рассматривать как груз, принятый на судно Этот груз можно считать твёрдым, если это от- сек 1-й категории, и необходимо считать жидким (те учитывать влияние свободной поверхности), если это отсек 2-й или 3-й категории. Тогда изменение посадки и остойчивости можно считать по формулам п.3 4 «Влияние приёма груза на остойчивость». Однако в повреждённых отсеках 3-й категории с изменением посадки судна изменяется количество и форма объёма воды, влившейся в пов- 80 Ю Мялол Югюймичг-гж Чю »п gjnanon е итглл>)‘
ГПЛВА S НЕПОТОПЛЯЕМОСТЬ СУДИЛ рождённый отсек. Посадка судна, в свою очередь, зависит от этих величин При учёте этого обстоятельства приходится делать ряд последо- вательных приближений, что делает расчёты при затоплении таких отсеков чрезвычайно трудоёмкими и громоздкими 5.3.2. Метод исключения, или метод постоянного водоизмещения А. Во второй части названия этого метода подчёркивается, что масса судна и координаты его центра тяжести остаются неизменными Рассмот- рим судно с затопленным отсеком (рис 5.1). К объёму жидкости v в повреждённом отсеке приложены сила тяжести р и равная ей, но противоположно направленная сипа поддержания yv. Они проходят через центр тяжести затопленного отсека и взаимно урав- новешиваются. Следовательно, они могут быть исключены из рассмотре- ния, как и обьём затопленного отсека может быть исключён из объёма погруженной части судна Если пренебречь силой тяжести обшивки в пре- делах затопленного отсека, то окажется, что объём корпуса между перво- начальной и аварийной ватерлиниями будет равен исключённому объё- му. Объём погруженной части водонепрони- ----------------- цаемого корпуса судна остается постоянным, __ t 140 форма погруженной части, координаты г*т центра величины — изменятся, а вес судна. ------------------i координаты его центра тяжести — останутся \__________________/ неизменными (рис 5 4). 5.4 Исллюмение отсвм Расчёт непотопляемости независимо от типа отсека можно произво- дить любым способом Однако с точки зрения физической картины явления: •спосо б приёма груза логичнее использовать для отсеков 1-й и 2-й категории, • способ постоянного водоизмещения — для отсеков 3-й категории Если сравнить результаты расчёта непотопляемости двумя этими методами, то окажется, что значения реальных физических величин, определяющих положение судна после затопления отсека (таких как средняя осадка, углы крена и дифферента, восстанавливающие моменты и коэффициенты остойчивости), не зависят от способа расчёта. Что касается «придуманной" величины — метацентрической высоты (как вы помните, это расстояние между двумя вымышленными точками — центром тяжести и метацентром), то её значения, найденные двумя разными способами, различны. Также будут различны и плечи ДСО. Из равенства коэффициентов остойчивости, вычисленных двумя раз- личными способами <D-Tp)h-Dh„ (5.1) С Ma*LW Остойчивость Чгс 81
ГПАВА J неЛОГОГИЯЕМОСГЬ СКОКА следует, что метацентрическая высота ht. найденная способом приёма груза (способом переменного водоизмещения), равна Расчёты непотопляемости, в принципе несложные, но чрезвычайно гро- моздкие. и выполняются сейчас исключительно с помощью компьютеров* 5.4. ПОВЕДЕНИЕ АВАРИЙНОГО СУДНА В ШТОРМОВОМ МОРЕ К; А почему, собственно, поведение аварийного судна выделено в от- дельный раздел? А: Мы уже видели выше, что даже нелвреждённые суда ведут себя по раз- ному (вспомните поведение высокобортных и низкобортных судов). Пове- дение же аварийных судов, у которых некоторые отсеки заполнены водой, имеет ряд особенностей. Прежде всего надо отметить, что у них практически отсутствует борто- вая качка. К; Почему? А; Тому есть несколько причин. Прежде всего надо отметить, что если авария серьёзная - затоплен крупный водонепроницаемый отсек (а именно такие случаи мы сейчас обсуждаем), то судно принимает большое количество воды и его осадка существенно увеличивается Многие суда после затопления отсека стано- вятся «низкобортными». А это означает, что палуба и фальшборт судна входят в воду при небольших углах крена и существенно увеличивают соп- ротивление качке (демпфирование). Кроме того, демпфирование сильно увеличивает сама вода, влившаяся в отсек.** Вода действует как успокоительная цистерна Поэтому волны не могут сильно раскачать аварийное судно. К? Значит пи это, что если судно после аварии не утонуло, то опроки- нуться оно не сможет? А: Конечно же, нет! Судно опрокидывается не только из-за большой качки Кроме волн на судно действует ещё и ветер Чтобы разобраться в механиз- ме действия ветра и волн на аварийное судно, в опытовом бассейне КГТУ бала проведена серия опытов с моделями реальных промысловых судов и со схематизированной моделью. Эта схематизированная модель представляла собой цилиндрический понтон с миделем большого морозильного рыболовного траулера типа «Прометей», имела две палубы и двойное дно Двумя водонепроницаемы- ми переборками она была разделена на три примерно равных отсека В ‘ 5 главе 7-М мм увиоим как это можно совлать врущую • современном Информаими о ногю I олп яемостм •• Вспомни te. как враи^ется варение и сырое яйцо. 82 О Mw 'Огвйчмвосгь Чю пик»? (Эндеогм с лакано*)'
Г ПАЯЛ 5 потопляемость cvirtA концевые отсеки укладывался твёрдый балласт для задания различных осадок (с малым, средним и большим надводным бортом). Средний отсек имел отверстие, имитирующее пробоину. У всех испытанных моделей размеры пробоины по длине, высоте и глубине соответствовали расчёт- ной пробоине по Правилам Регистра С помощью грузов, передвигаемых по штанге, можно было в широких пределах менять остойчивость модели В экспериментах определялось положение центра тяжести модели, при Котором происходило опрокидывание при заданных условиях. Волнение создавалось пневматическим волнопродуктором и было как ре- гулярным так и нерегулярным, с заданными балльностью и спектром Ветер имитировался постоянной горизонтальной силой, внезапно приложенной в центре парусности. Величина её определялась в соответствии с требованиями Правил Регистра. Наблюдение за поведением мо- делей повреждённых судов и про- цессом их опрокидывания (про- цессы регистрировались с помо- щью осциллографа и киносъёмки) позволило сделать ряд важных, на наш взгляд, выводов • Вода, влившаяся в аварийный отсек, очень сильно демпфирует бортовые колебания судна Ранний вход в воду палубы и фальшборта (из-за уменьшенной высоты надвод- ного борта аварийного судна) ещё более усиливает это демпфирова- мшепи болывого траупх-рз с затопленным трюмом при ооршиацыыпии на нерегулярном потен** 8 пересчёте на натуру сипа ветра 9 баллов, волнение 6 баллов 1 - тихая вода ♦ патер, опрояипываняо через повреждённый борт (Zg^7 36 м); 2 - ветер t волнение, опроиинывание через повреядёнмый борт (Z0.-7.34 м); 3 потер * волнение, олроитды- вание через нетовреждёнимй борт (Z0.-B26 м) ние. • Бортовая качка судна весьма незначительна и мало зависит от интен- сивности волнения. • Начальная метацентрическая высота не играет существенной роли при опрокидывании судна.’ • Диаграммы статической остойчивости при критическом возвышении центра тяжести (это центр тяжести, при котором опрокидывалась модель в заданных условиях) существенно отличались друг от друга по всем па- раметрам (начальная метацентрическая высота, начальный угол крена из-за отрицательной начальной остойчивости, протяженность диаграммы с положительными плечами), кроме максимального плеча статической остойчивости Именно максимальное плечо ДСО, по нашему мнению, яв- * Одна ко метацентрическая высота н оызаамиъм её угол «рема могут существенно осложнить ведение СюрьЛы за спасание судна» Ю Мллс* Остойчмящст*.. Что это гдкая ’ <Дм1лхм с «длитаном) 83
глава з. нвлотопткиосгъ судна ляется наиболее важной практической характеристикой остойчивости аварийного сурна (рис. 5.5). • Опрокинуть судно через неповреждённый борт гораздо труднее, чем через борт с пробоиной (рис. 5.5). Это объясняется тем, что при крене на повреждённый борт в воду входит разрушенная палуба переборок, по ней начинает растекаться вода и значительно уменьшаются плечи статичес- кой остойчивости. Так что "Подставляй волнам разрушенный борт»! • Опрокидывает судно, в основном, ветер, а не волнение Опрокидывание всегда происходит по ветру и волнению. Порывы ветра не оказывают су- щественного влияния на динамику накренения судна Более существенно влияет ветер постоянной сипы Крен судна нарастает постепенно, по мере развития дрейфа Судно совершает небольшие колебания около некоторого «псевдостатического» угла крена (постепенно нарастающего), дрейфует и опрокидывается практически -в статике» при угле крена, равном углу максимума диаграммы статической остойчивости AU 5.5. СПРЯМЛЕНИЕ СУДНА. А: Почему у судна бывает крен? К: Потому что его кто-то кренит. А: Это правда, но не вся. На самом деле, судно может стоять с креном потому, что оно не может стоять прямо Это означает, что прямое положение равновесия у него неустойчивое. Спрямление судна в первом и во втором случаях производится совершенно по-разному. Поэтому, прежде чем спрямлять судно, надо выяснить, почему у него образовался крен. Можно рассмотреть несколько типичных видов диаграммы стати- ческой остойчивости судна, сидящего с креном Рассмотрим 1-й случай, когда крен образовался из-за действия креня- щего момента Как образовался этот момент совершенно неважно: то ли из-за сместившегося груза, то ли из-за несимметричного затопления, то ли еще из-за чего-нибудь В этом случае ДСО судна будет иметь вид, показанный на рис. 5.6. Чтобы спрямить судно, надо к нему приложить та- кой же по величине кренящий момент, но действующий в противополож- ную сторону (спрямляющий момент). В этом примере плечо кренящего момента равно (,= 0.15 м На рисунке показан последовательный вид ДСО при приложении спрямляющего момента с плечом 0,05, 0,10 и 0,15 м Начальная метацентрическая вы- сота у судна положительна во всех случаях, а крен исчезнет, когда выпол- нится условие М„,= М„ К.- Почему же при крене судна из-за отрицательной начальной остой- чивости его нельзя спрямить приложением спрямляющего момента? А: При образовании крена судна из-за отрицательной начальной остой- чивости дело обстоит значительно сложнее. Тут возможны два случая. 84 Ю Маков *Остойчмвоегь— Что это такое7 (Цкааот скал/гтапоё)'
ГПАКЛ s непото'угягыостъ СУДНА Рассмотрим 2-й случай, когда затопление симметричное, но начальная метацентрическая высота меньше нуля. Посмотрите на рис. 5.8. Здесь изображен начальный участок диаграм- мы статической остойчивости судна с отрицательной начальной остойчи- востью Прямое положение судна является положением неустойчивого равновесия (1х<0). так что судно будет плавать в одном из двух устойчивых положений равновесия: с креном в, на правый или левый борт (показан крен на правый борт). При этом положении равновесия обобщённая метацентрическая высо- та h>0 Переход из одного положения равновесия в другое может быть вызван разными случайными причинами. Если к судну приложить некоторый спрямляющий момент Щ (см, рис. 5.7). то угол крена уменьшится с а. до в, При дальнейшем увеличении спрямляющего момента наступит такое положение, когда этот мо- мент станет равен ми- нимальному восстанав- ливающему моменту (рис 5 8) или чуть-чуть превысит его. Это про- изойдёт при угле крена Рис 5.6 Слрвнемжие поервждониото судна • первом типовом случае I несимметричное отопление] примерно 9J2. В этот момент начнётся переваливание судна на противоположный борт Таким образом, приложением спрямляющего момента крен допускает- ся уменьшать примерно до угла 0J2. Переваливание будет происходить с ускорением, судно наберёт некото- рую инерцию и не остановится в положении статического равновесия на левом борту Я>, а будет крениться до угла крена Я», пока не погасится вся инерция (на рисунке этот угол соответствует равенству затенённых площадей), затем судно начнёт совершать затухающие колебания и в кон- це концов станет плавать с углом крена Я.. если до этого не опрокинется в первом размахе*. Таким образом, крен, вызванный отрицательной начальной остойчи- востью, нельзя спрямить приложением к судну спрямляющего момента! ‘ «стаж, гак лроиаошпо ао Владивостоке С крабоконсервиым шиктром 'Александр Обухов', у которого при переваливании -а противоположный борт вошли в воду открытые иллюминаторы. судно не смей по пыпркмитытк и .-о опрокинулось только лотгму, иго П(ти глубине воды у причала 1С м его ширина бавияпась 2С м Оно лето на грунт с ватерлинией по диамо тральной плоскости Тб Нагоя ОстяНивость Что m гаков ’ (аналоги с ылитажамг Я5
г лам s HtnororvmeuocTb судна Спрямить судно в этом случае можно только увеличением его остойчи- вости (понижением центра тяжести). М.. « сунну с отрицательнее начальной бор' судна с отрицательной начальной остойчивост но остойчивостью На рис. 5.9 показана ДСО судна в процессе понижения его центра тя- жести Видно, что в конце концов метацентрическая высота судна стано вится положительной и судно спрямляется. Третий случай может рассматриваться как комбинация двух первых Судно имеет несимметричное затопление и отрицательную начальную остойчивость (рис. 5.10). Рис 6 В Процесс спрямления судна с отрицательной начальной остойчивостью при генижении его центра тяжести несимметричное затопление судна и отрицательная начальная остойчивость В нём можно ещё выделить варианты: как при Zg=7 65 м; судно стоит с креном примерно 27° на левый борт; как при Zg=7 65 м; судно стоит с креном примерно 38" на правый борт; как при Zg=7.55 м. возможно только одно положение равновесия с креном примерно 32° на правый борт Во всех этих случаях вначале надо сделать начальную остойчивость положительной В нашем примере необходимо центр тяжести судна понизить примерно до Zg=7.35 м При этом ДСО станет как в первом типовом случае, и теперь крен может быть ликвидирован приложением спрямляющего момента (в данном случае 1сп=0,05 cosO)
6 ГЛАВА ЧТО ТАКОЕ ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО? (ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НОРМИРОВАНИЯ ОСТОЙЧИВОСТИ И НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ СУДНА) А: Капитан, вам, конечно, приходилось в море оценивать остойчивость своего судна? К: Разумеется. Это предписывается проводить ежедневно в 16 00 А: И как вы это деваете? К: На судне ведётся так называемая «Грузовая книга», куда вахтенный помощник заносит изменения нагрузки судна за сутки и подсчитывает новое водоизмещение и координаты центра тяжести Затем полученное значение Zg сравнивается с допустимым Zg. приведенным в «Информа- ции об остойчивости для капитана», и делается заключение о достаточ- ности или недостаточности остойчивости А: И если остойчивость оказывалась достаточной, то дальше спать мож- но было спокойно? К: Ну, положим, капитан никогда спокойно не слит. Но я был уверен, что С остойчивостью будет все в порядке А: А на чём была основана ваша уверенность? Вы ведь диаграмму стати- ческой остойчивости (а именно она, как вы помните, определяет способ- ность судна сопротивляться кренящим моментам) не рассчитывали. Вы по существу следили за изменением нагрузки судна, а не за остойчивостью К: Но фактический Zg был меньше критического! А: Но критическое возвышение центра тяжести рассчитали конструк- торы А откуда они знают, что такое хорошо и что такое плохо? К: Из Правил Регистра. А: А откуда это знает Регистр? К: Этого я не знаю Вероятно, учёные определили А: Давайте немного в этом разберемся.* * Здесь ыы отразим точку зрения Н Б Севастьянова ХТМмоя Остоичинх’ь Чгоято яя ’Диалогисяапапмш/* 87
ГЛАВА в ЧТО ТАКОЕ ХОРОШО И ЧТО МКОС ПЛОХО’ 6.1. ЗАЧЕМ ПОНАДОБИЛИСЬ КАКИЕ-ТО НОРМЫ? А: Потребность создать различные технические нормы, которым должны удовлетворять те или иные сооружения, появилась с тех пор, когда стали строиться эти сооружения. Что бы ни строилось, перед строителем и буду- щим владельцем неизбежно возникает проблема оценки хорошо пи получи- лось это сооружение, выдержит ли оно те условия, в которых ему предстоит работать? Граница между «хороню» и «плохо», -«допустимо» или ««недопус- тимо» в технике всегда проводилась путём компромисса между стремлени- ем к простоте и дешевизне технических решений и страхом перед возмож- ными потерями и другими нежелательными последствиями ненадёжности сооружения Поиски такого компромисса и составляют содержание работы по нормированию качеств технических сооружений В прежние времена единственным методом выработки норм был метод «проб и ошибок». Он сродни методу естественного отбора в живой приро- де • закрепляются и получают право на дальнейшее существование в ка- честве нормы характеристики тех уже построенных сооружений, которые оказались наиболее приспособленными для условий их постройки и экс плуатации Вот почему изучение и обобщение опыта создания и эксплу- атации технических сооружений абсолютно необходимо в создании тех- нических норм и правил. Однако в современных условиях технические нормы, основанные на принципе «поступай, как делали наши отцы и деды, и будет хорошо», всё более утрачивает свою ценность Мы живём в век научно-технической революции Сейчас и сами технические сооружения, и условия их эксп- луатации меняются так быстро, что к новым техническим сооружениям старый опыт в полной мере не может быть применён. Это не тот опыт Необходим научный анализ и научный прогноз. Научный подход к задачам нормирования предполагает, в частности, соз- дание модели эксплуатации будущего сооружения (физической, математи- ческой, мысленной и тд). Такая модель, в частности, должна отражать те условия эксплуатации и те свойства технических сооружений, по которым накоплен достаточный опыт В сущности, прошлый опыт есть массовый эксперимент, поставленный самой жизнью в определённых исторических, социальных и экономических условиях Те или иные нормы часто приобретают характер технических стандар- тов в определённой отрасли производства, а иногда и общегосударствен- ных стандартов и правил. Так. например, нормирование мореходных ка- честв, связанных с безопасностью судов и охраной человеческой жизни на море, во многих странах производится на государственном уровне Для судов, участвующих в международном разделении труда (перевозка грузов и пассажиров между странами, лов рыбы и добыча другого сырья в открытом море и т.п.), создаются специальные международные конвен- 88 О Малое ОкгоЛчавосгл что его галле? Даааога с лапагвполлг
ГЛЛПА » *го ТМО£ ХОРОШО И ЧТО ГАЛ ОТ ПЛОХО » ции, нормирующие мореходные качества и конструкцию судов. 62. ЦЕЛИ НОРМИРОВАНИЯ А: Всякая норма представляет собой ограничение, накладываемое на проектное решение, а часто и на эксплуатацию инженерного сооружения. Примером могут служить хотя бы нормы непотопляемости (мы о них ещё поговорим подробнее): проектант вынужден устанавливать водонепрони- цаемые переборки между помещениями, которые часто было бы удобно соединить в одно, например, сделать один большой трюм Тогда удобнее применять трюмную механизацию. А так в эксплуатации приходится по- стоянно следить за герметизацией помещений, держать проходы постоян- но закрытыми, не допускать нарушения герметичности отсеков при мно- гочисленных ремонтах. Можно взять пример из области нормирования остойчивости Без ограни- чений. накладываемых этими нормами, проектант во многих случаях предпочёл бы уменьшить поперечные размеры судна и увеличить длину ради уменьшения сопротивления воды, мощности главных двигателей и соответствующего расхода топлива. Это решение было бы выгодно и для судовладельца, так как уменьшило бы эксплуатационные расходы по судну Поэтому должны существовать достаточно веские причины для введе- ния таких ограничений, которые к тому же связаны с ощутимыми эконо- мическими потерями Такие причины вызываются обычно опасностью последствий, которые могут быть хуже обычных экономических потерь. Что касается плавучести, остойчивости и непотопляемости, то отсутст- вие таких норм может привести к гибели судна и людей Однако нередко эти причины не связаны с риском гибели. Проектанты, стремясь соблюсти ограничения по остойчивости, нередко обеспечивают судну избыточную остойчивость, в том числе и начальную Как известно, это вызывает усиление бортовой качки обычных судов на умеренном и даже слабом волнении. Это порой приводит к тому, что нормальная эксплуатация судна становится невозможной Проявляется это в виде различных послед- ствий: увеличивается риск потери дорогих орудий лова, повышается травма- тизм на рабочих местах обслуживания различных механизмов, снижается производительность труда членов экипажа, становится невозможной швар- товка судов и передача грузов с судна на судно в море. Может оказаться бо- лее выгодным наложить определённые ограничения на характеристики кач- ки. Это заставит проектанта искать иные соотношения главных размерении и иное размещение постоянных и переменных грузов на судне, чтобы обес- печить выполнение требований к остойчивости и качке Однако затруднения в проектировании могут окупиться увеличением экономической эффектив- ности судна при работе на волнении К: Скажите, а не лучше ли доверить решение всех этих вопросов проектан- О Млим Что 990 тллов Г ^лгюгл с ммпмои)’ 89
ГЛАВА t ЧТО TAKOt ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ плохо» ту? Пусть он, опираясь на свой опыт и знания, на опыт эксплуатации судов, гарантирует рациональное совмещение всех мореходных качеств в одном судне. Пусть он самостоятельно принимает решения, какими должны быть достаточные именно для этого судна остойчивость, непотопляемость, качка Пусть он сам решает, какой назначить этому судну запас плавучести. Пусть гарантирует безопасность экипажа, работающего на открытой палубе. За- чем навязывать ему какие то обязательные общие нормы? А: Ваш вопрос вполне справедлив. История нормирования мореходных качеств знает немало примеров отрицательного отношения и прямого сопротивления ряда крупных специалистов установлению обязательных норм. Я хочу подчеркнуть, что необходимость нормирования возникает тогда, когда личный опыт и авторитет проектанта по каким-то причинам недостаточны в глазах общества для гарантии против нежелательных последствий, о которых говорилось выше Таким образом началу работ по созданию любых норм должен предшество- вать анализ и обсуждение тех причин, которые побуждают вводить нормы Только общественное признание весомости этих причин может служить доста- точным основанием для развертывания дальнейших работ по нормированию Ясно, что источником информации о целесообразности и необходимости нормирования того или иного качес*ва является практика проектирования и эксплуатации судов, в частности, аварийная статистика, статистика травма- тизма, статистика отказов оборудования, объёмы ремонтных и других эксп- луатационных расходов и тому подобные фактические сведения Сформулировать цепи нормирования, - это значит перечислить те со- бытия, которые должны быть предотвращены введением норм или ве- роятность которых должна быть уменьшена до приемлемой величины При этом должны быть оговорены те условия, в которых должна рассмат- риваться вероятность появления этих нежелательных событий. Эти условия должны быть внешними по отношению к судну и его свойствам, то есть описание условий не должно включать в себя технических харак- теристик самого судна Иначе нормы не позволят сравнивать поведение различных судов в одних и тех же внешних условиях. Совокупность внешних услсвий, в которых должна рассмагриваться возмож- ность появления нежелательного события называется расчётной ситуацией 6.3. РАСЧЕТНЫЕ СИТУАЦИИ И КРИТЕРИИ Поясним сказанное примером. Рассмотрим, как проводится нормиро- вание остойчивости в Правилах Регистра. 'Опасны* углы «р₽на <р*«|уютс» • Правнга» различным образом дпа различных типов суров Прежде всего. опасными ивпвются углы крена при которых вам поступает внутр» судовых помещений через открытые отверстия в бортах, палубах, рубяах или надстройка» Для пассажире**» судов а «ячестве опасного унта крена Правил* иатиачапт угли а 10-12 градусов (смотря по тому. ка«ооа величина судна) ипи угсп няода па-губы а воду и *»н»од* скулы из воды, если они ме>»ше 10 12 градусов. 90 Ю ДЛйяов ФстоЬчимсть... Что эго таяофf ьДиаоиги с ялякга-ом/
ГЛАВА в ЧТО ТАКОЕ ХО>'ОФО И ЧТО МХОГ ПЛОХО? Задачей нормирования остойчивости неповреждённого судна в Правилах Российского Морского Регистра судоходства является установление минимальной допустимой остойчивости (нижней её границы), при которой обеспечивается правильно эксплуатируемому и разумно управляемому судну безопасность от опрокидывания или появления опасных углов крена. ‘ Расчётные ситуации характеризуются Правилами на двух уровнях: На первом уровне расчётные ситуации задаются укрупненно в форме указания района и сезона плавания (неограниченный, ограниченные I, II, II СП, III СП, III. районы и сезоны возможного обледенения). На втором уровне расчётные ситуации уточняются с учётом специфики различных типов судов Так. например, для всех морских судов неограни- ченного района плавания рассматривается ситуация, в которой судно расположено лагом к нерегулярному волнению и порывистому ветру Ос- тойчивость буксирных судов проверяется дополнительно в ситуации, ког- да на буксирном гаке возникает рывок от буксируемого тела Остойчи- вость плавучих кранов проверяется в ситуации нормальной работы с гру- зами при устойчивом ветре и качке, в нерабочем состоянии, а также при обрыве груза. При этом Правила дают дополнительные указания для ха- рактеристики каждой расчётной ситуации Кроме того, расчётная ситуа- ция задаётся в Правилах некоторыми числовыми характеристиками этих факторов: давление ветра, положение судна относительно действующих сил. количество льда, образующегося во время обледенения на различ- ных поверхностях судна и т.п. Причины аварий, связанных с потерей остойчивости морских судов или по- лучением ими больших углов крена, могут быть самыми разнообразными Об этом говорят как теоретические соображения, так и опыт изучения аварий су- дов При различных обстоятельствах и условиях аварий решающую роль для безопасности судна играют различные факторы и соответственно разные ха- рактеристики остойчивости Поэтому при нормировании остойчивости нельзя ограничиться какой-либо единой характеристикой, но необходимо установить ряд требований к разным характеристикам, соблюдение которых считается обязательным для обеспечения безопасности плавания судна. А теперь ответьте мне на такой вопрос: зависит ли вероятность гибели судна от потери остойчивости от того, каким курсом по отношению к волнам и ветру судно идёт? К: Да. конечно. А: А какие курсовые углы наиболее опасны? Попробуйте изобразить это графически. Пусть угол между направлением движения судна и направлением бега волн р=0, когда судно идет навстречу волне, и р=180 градусам при движении на чисто попутном волнении Если из начала координат провести луч под углом ё и на нём в некотором масштабе отложить отрезок, пропорциональный вероятности погибнуть, а потом все О Uxoa Псгой-мкмгт» Что эго гэадэ’ jbanom с «эличнамГ 91
ГЛАВА t ЧТО TAAOt ХОРОШО И ЧТО МКОЕ ПЛОХО* Рис б 4 Процент погибших суров • зависимое 1И 01 курсового угле ПО отмооениг) к волне концы таких отрезков соединить плавной линией, то получится некоторая замкнутая кривая. Как она будет выглядеть? С такой просьбой я неоднократно обращался к судоводителям Картинки получались совершенно разные. Наиболее часто встречающиеся представлены на рисунках с рис. 6.1 по рис. 6.3. А: Какая из них больше соответствует ва- шим представлениям? К: Пожалуй, рис. 6 3. Я знаю, что движение лагом очень опасно. Опасно также дви- жение на попутном волнении. А как обстоят дела на самом деле? Что показывает аварийная статистика? А: Аварийная статистика дает примерно такую картину, как на рис 6 4 Примерно половина всех судов гибнет на попутном волнении и на волнении с кормо- вых четвертей Почти столько же гибнет при движении лагом (44%). И около 6% прихо- дится на носовые курсовые углы. Теперь вам понятно, какие расчётные си- туации надо рассматривать прежде всего? К: Да Это движение лагом и движение на попутном волнении А: Совершенно верно. Чуть позже мы более подробно разберём, как в этих ситуациях нормируется остойчивость Российским Морским Регист- ром судоходства. Однако статистика показывает, что многие аварии про- исходят не по «классической» схеме, предусмотренной Регистром, а го- разно сложнее. Это в первую очередь отно- сится к малым и средним судам (большинст- во из них - рыболовные). Причём остойчи- вость многих из них не просто удовлетворя- ет минимальным существующим требовани- ям, но и имеет некоторый запас. Как прави- ло, «классическая» аварийная ситуация отя- гощается различными дополнительными об- стоятельствами: резким зарыскиванием при движении на попутном волнении (брочинг), возникновением параметрического резо- нанса бортовой качки, заливанием палубно- го колодца, ударом крутой волны, смещени- 92 Ю Малая ’Остайчмваст» Что >то гадав ? |Д«ллоп» с яапчтляааа)'
ГЛАВА в ЧТО ТАКОЕ ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО f ем грузов, обледенением и т.п. Поэтому в настоящее время ученые про- должают анализировать и математически описывать различные расчёт- ные ситуации. Это позволит создать более совершенные физически обос- нованные нормы После выяснения и описания расчётных ситуаций нужно выяснить, от каких характеристик судна зависит, произойдет ли нежелательное для нас событие в различных расчетных ситуациях или не произойдёт. Рассмотрим простейший случай, когда ответ на этот вопрос зависит от одной-единственной характеристики. Как пример рассмотрим задачу о безопасности беспалубного судна (шлюпки). Расчётную ситуацию сформулируем так: шлюпка плавает на тихой воде и может оказаться под действием статически приложенного кренящего мо- мента Mw Такой момент может возникнуть, например, от перемещения гру- за р на расстояние / Мч~ pl CosO, а при малых углах крена • М , а р). Водоизмеще- ние, посадку и другие геометрические ха- рактеристики шлюпки будем считать изве- стными Будем также считать, что углы крена настолько малы, что можно приме- нять метацентрическую формулу остойчи- вости Ясно, что ничего опасного со шлюпкой в этой ситуации не произойдет, пока борт шлюпки не погрузится в воду. Это условие может быть записано в виде неравенства (см рис 6.5): в<в6 (61) где в— фактический угоп крена под действием момента 06- угол крена, при котором борт шлюпки погружается в воду. Пользуясь метацентрической формулой остойчивости М, - DhO, запи- шем уравнение для определения угла крена Так как при статическом действии кренящего момента судно будет крениться до тех пор, пока он не станет равным восстанавливающему моменту М*. то в - (6 2) D* Что касается угла запивания 0Б, то он может быть найден лриближетмо из равенства (63) Ю Мжо» ГЭегаичивос!» что это та«о» ’ gtmm с ' 93
ГЛАВА 6 ЧТО ТАКОВ ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ плохо t Здесь f- наименьшая высота надводного борта подлине шлюпки. Помня о том, что угол крена мал, можно считать tgO6 - 0ь (в радианах) Тогда условие безопасности шлюпки (6.1) можно преобразовать к виду Это же условие можно представить в другой форме (6.5) BID Неравенство (6 5) можно считать теоретическим выражением условия безопасности шлюпки в данной расчётной ситуации. Левая часть этого неравенства представляет собой характеристику судна, по которой мы и будем судить, произойдёт ли нежелательное событие (в данном случае - заливание шлюпки через борт) или нет. Такого рода характеристики, по которым мы можем судить о том, произойдёт или не произойдёт нежелательное событие, называются критериями. ’ (6.6) В рассмотренном упрощенном примере ответ на поставленный вопрос дается в зависимости от величины критерия в детерминированной форме «Нет, заливания не будет, если К ^p/D-; «Да, запивание будет, если К < p/D->. Такое категоричное суждение, однако, вряд пи можно положить в основу для практических решений В самом деле, достаточно некоторого элемента случайности, который не учтён в описании расчётной ситуации, или неточности в оценке водоизмещения и метацентрической высоты, как однозначное суждение о возможности гибели шлюпки станет ненадежным. Конечно, если условие (6.5) выполняется с большим избытком, пере крывающим возможную неточность в знании входящих в это условие величин K»p/D, то можно сказать, что заливание шлюпки в данной ситуации практически невозможно Напротив, если K<<p/D, можно ут- верждать, что заливание шлюпки практически неизбежно. Однако в области, примыкающей к К = p/D. исход действительного при- ложения кренящего момента будет зависеть от элемента, который может проявиться в наличии небольшой ряби на поверхности воды, в малых добавочных (неучтённых) кренящих моментах от ветра и других причин от случайных ошибок в определении величин, входящих в выражение * Это выражение можно записать иначе Обозначим j ~ - Т ц • г , Тогда «ритврий можно записать а вида * • X/Y » 1. 94 О мыэе ТЭетоымвос»» Что та«в ? (Эи/юги с «лпмгажы/
ГЛАВА « ЧТО ТАКОВ ХОРОШО И ЧТО ТАКОВ ПЛОХО? (6.5). Поэтому можно сказать, что при значениях критерия К, близких к значению K=p/D. возможность заливания шлюпки имеет некоторую вероятность, которая заключается в пределах от 0 до 1. Этот схематизированный пример позволяет дать наиболее общее опре- деление критериев в задачах нормирования: критериями называются характеристики, от которых зависит вероятность нежелательных собы- тий. указанных в целях нормирования 6.4. ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТЕРИЕВ Рассмотренный нами пример нахождения критерия безопасности бес- палубной шлюпки на тихой воде является всего лишь крайне упрощенной частной моделью задачи определения критерия Простое и ясное выра- жение для критерия безопасности (6.5) получено ценой многих упро- щений и допущений. Среди них не последнее место занимают: •отсут ствие других расчётных ситуаций, кроме единственной ситуации крена на тихой воде под действием заданного статически приложенного кренящего момента; • возможность использования простых физических зависимостей, основанных на предположении о малости углов крена Однако стоит заменить статический кренящий момент силой, имеющей горизонтальную составляющую, как задача резко усложняется * Даже при медленном нарастании силы возникнет движение судна в го- ризонтальной плоскости Оно может стать, а может и не стать установив- шимся Возникшие при этом гидродинамические реакции, которые вместе с первой силой и создают кренящии момент (см. п.4.8 4), могут затем превратить это движение судна в движение по всем шести степе- ням свободы. Поверхность воды перестанет быть плоской, возникнут волны, распространяющиеся во все стороны Ещё сложнее картина движения станет при динамическом приложении силы (см. п 4.83) Условие безопасности по-прежнему будет состоять в тоги, что кромка борта не должна оказаться ниже поверхности воды в непос- редственной близости от борта Но записать это условие в виде простого неравенства (6.5) уже невозможно. Поведение реального судна в реальных морских условиях ещё более сложно Вот почему задача определения критериев является самой сложной Задачей в общей проблеме нормирования мореходных качеств судна. Принято различать несколько различных подходов к определению критериев * Мы помним о том, что сипа может -опыте поступательно перемешать тепо а вращать его может момент Поэтому виа-шпе мало понять, ьа« он еоэнтниет Ю Ммоя тОсгоичмнхь.. Что это шиое 7 Дтмлелт с чпкшчях)’ 95
глава f что такое хорошо и что такое плохо ? 6.4.1. Физический подход Один из них, условно называемый физическим, состоит в том, что для каждой расчётной ситуации составляется математическая модель движения (или равновесия) судна под действием моментов, порожденных данной ситуацией Эта модель включает в себя уравнения движения или равновесия судна, формулировку начальных и граничных условий для решения этих уравнений, а также ограничения, накладываемые по физическим или геометрическим соображениям на решение уравнений. По своей сути предыдущий пример со шлюпкой является как раз приме- ром физического подхода к задаче определения критерия в одной из воз- можных ситуаций Уравнение равновесия М^=М0 не требует каких либо граничных условий Начальные условия состоят в том. что судно приходит в состояние равновесия бесконечно медленно, без какого либо запаса кинетической энергии, то есть статически. Условие не заливания воды че- рез борт внутрь шлюпки (6.1) играет роль основного ограничения Реше- ние уравнения теряет смысл, если это ограничение 0<et будет наруше- но, так как, начиная с момента, когда вода начнёт заливаться в шлюпку, статический период наклонения заканчивается. Можно было бы просле- дить за дальнейшим движением (или новым равновесием) затапливаемой шлюпки, но в данном примере ограничение по углу крена является одно- временно и условием, при котором происходит нежелательное для нас со- бытие, то есть перестаёт достигаться цепь нормирования Дальнейшее движение шлюпки при этом утрачивает практический интерес Однако нетрудно представить себе некоторое изменение цепи нормирова- ния, при котором нарушение условия 6 < 0Б не означает ещё наступление не- желательного (недопустимого) события. Для этого достаточно представить себе, что шлюпка не имеет палубы только на части своей длины, например, только в средней части Носовая же и кормовая оконечности имеют палубу и отделены от средней части водонепроницаемыми переборками. Поэтому затопление средней части не обязательно означает, что шлюпка утонет или станет непригодной для спасения на ней экипажа. Поэтому цель нормирования безопасности такой шлюпки может сос- тоять в том, чтобы шлюпка не пошла на дно или не перевернулась бы пос- ле затопления среднего отсека. Однако для выяснения, достигается ли эта цель, исходное уравнение равновесия после нарушения ограничения (6.1) должно быть заменено другим уравнением, учитывающим затопле- ние средней части Естественно, что после затопления средней части такой шлюпки и критерий безопасности будет отличаться от критерия К в той форме, как он дан в выражении (6.6). 96 Ю.Мат ТЗЬхЯ1—осг» . тага»’4Э«*яол< « «arwraww/
г пава в. что такое хорошо и что такое плохо ’ 6.4.2. Статистический подход Второй способ определения критериев является статистическим и относится к уже обсуждавшемуся методу -проб и ошибок». Поэтому ему присущи как достоинства этого метода (учёт практического опыта), так и его недостатки (ненадёжность экстраполяции старого опыта на новые условия проектирования и эксплуатации судов) В упрощенном виде суть статистического метода состоит в том, что анализу подвергаются характеристики большого числа уже построенных и плавающих судов Предполагается при этом, что каждому из учтённых типов судов можно поставить в соответствие определённую оценку с по- зиций тех целей, которые провозглашены при нормировании данного мо реходного качества Простейшая шкала оценок является двухбалльной по типу «хорошо - плохо». Практически это означает, что каждое судно за- числяется либо в категорию «благополучных», либо в категорию «небла- гополучных», смотря по тому, были ли с этим типом судов аварии или происшествия, в которых наступало нежелательное событие. При этом, конечно, было бы весьма желательно, чтобы оценки, простав- ленные судам, относились к определённой расчётной ситуации По край- ней мере, во избежание грубых ошибок нужно позаботиться, чтобы общий характер условий эксплуатации был у сравниваемых судов однороден Это значит, что источники опасности по своей природе были одинаковы- ми (ветер, волнение, дополнительные кренящие силы и типичная ориенти- ровка судна относительно внешних сил). Число судов в списке должно быть довольно большим, чтобы количество «благополучных» и «неблагополучных» судов было бы достаточно велико. В противном случае, из-за малого объёма данных может случайно оказаться, что. например, «неблагополучных» судов в списке не будет совсем, или будет так мало, что статистические выводы по кмм будут ненадёжны Шкала оценок может быть и более дифференцированной, например, трехбапльной (1 - «плохо», 2 - «удовлетворительно», 3 - «хорошо»). Присвоение каждому судну в списке той или иной оценки - наиболее труд- ная задача, решение которой и должно основываться на практическом опы- те. Самая простая форма использования этого опыта называется методом экспертных оценок Суть этого метода состоит в том, что подбирается круг специалистов (экспертов), хорошо знающих опыт эксплуатации интересую- щих нас судов именно с точен зрения целей нормирования. При этом осо- бое внимание уделяется тому, чтобы эксперты были объективны и не заин- тересованы в искажении оценки в ту или иную сторону Обычно в качестве экспертов по мореходным качествам выступают опытные судоводители, представители эксплуатационных служб судовла дельца, судостроители Каждый эксперт независимо от других проставля- ет свою оценку каждому судну в списках. В тех случаях, когда по какому- «О Мздэе Осгойчмюсп. Чгр rv лмог’ с кяпятлмо*{ 97
TЛАПА s что такое хопмо И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО Т либо судну эксперт не уверен в своей оценке, он выставляет незначимую «оценку неучастия», например, ноль Это означает, что по данному судну мнение данного эксперта не должно учитываться Затем значимые оцен- ки всех экспертов осредняются. Конечно, даже при самом тщательном подборе экспертов метод экс- пертных оценок сохраняет некоторый элемент субъективности Для его уменьшения иногда проводят контрольную или параллельную оценку тех же судов другой группой экспертов, чтобы убедиться, насколько расходят- ся между собой средние оценки по каждому судну в зависимости от со- става и личного опыта экспертов Сильное расхождение в средних оцен- ках по большинству судов означает обычно, что метод экспертной оценки в данном случае по какой-то причине ненадежен Можно предоожить и другой метод оценки судов, который при определённых условиях свободен от субъективных элементов Этот метод можно назвать методом аварийной статистики Если существует налаженный учёт всех случаев, когда с судами происходили те самые нежелательные события, кото- рые сформулированы в цепях нормирования и вероятность которых должна быть снижена введением норм, то можно ввести понятие среднего уровня аварийности для каждо е типа судна Можно ввести понятие среднего уровня аварийности и по какой-либо совокупности судов, например по флоту рыбной промышленности в цепом или только по добывающим судам и т п. Ясно, что именно уровень аварийности даёт ключ к объективной оценке судов с позиций нормирования. «Хорошие» («благополучные») типы судов - это прежде всего те суда, которые имеют нулевой уровень аварийности. К ним можно присоединить также те суда, уровень аварийности которых намного ниже среднего, например, составляет от него не более 50%. Те же суда, уровень аварийности которых выше среднего по флоту, будем считать «плохими» («неблагополучными»). Дальнейшая работа по определению критериев сводится к выяснению, чем же именно отличаются «хорошие» суда от «плохих». При чисто стати- стическом подходе к определению критериев мы вправе не интересовать- ся причинно-следственными связями между оценками судов и их харак- теристиками. Достаточно выдвинуть и без такого анализа ряд конкуриру- ющих («альтернативных») гипотез о том, какие характеристики судов сле- дует признать критериями Затем можно применить один из существую- щих статистических методов оценки гипотез. После этого в качестве кри- терия принимается характеристика по той гипотезе, которая получила на- ипучшую статистическую оценку. 6.4.3. Смешанный метод Два описанных принципа для определения критериев — физический и статистический — лишь в исключительных случаях могут быть использо- 98 ft? Малое "Ос ro-»A0O€Tt. Что зто такое ? Jbww С *«♦•*» '
ГЛАВА в ЧТО ТАКОЕ ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО' ваны в чистом виде Обычно применяется так называемый сметанный метод В этом методе в отдельных задачах могут преобладать физические соображения и модели или статистический анализ, но в любом случае полезно взаимно проверять физические модели на «пробном камне» статистики, а статистические факты пытаться объяснить с позиций физи- ки процесса. В противном случае можно, вводя те или иные гипотезы при создании физических, а затем и математических моделей, незаметно для себя допустить столь большие ошибки, что результаты будут противоре- чить фактам практики С другой стороны, статистика, оперирующая, как правило, средними ве- личинами, не позволяет правильно учесть индивидуальные свойства того или иного судна, которые на самом деле существенно влияют на вероят ность нежелательных событий Физический же анализ позволяет учесть эти особенности в явном виде Кроме того, физический причинно-следст- венный анализ позволяет резко сократить число альтернативных гипотез о возможных критериях, проверяемых статистическими методами 6.4.4. Вероятностный подход Нормируя любые мореходные качества, можно в качестве универсаль- ного критерия выдвинуть саму вероятность того, что нежелательное для нас событие (утрата этого качества) не произойдет за заданное время эксплуатации судна. Так, например, нормируя остойчивость неповрежденных судов, можно в качестве критерия рассматривать вероятность того, что судно не опрокинет- ся во всех ожидаемых условиях эксплуатации за весь срок его службы. Если бы мы научились достаточно точно вычислять эту вероятность, то она наилучшим образом отвечала бы нашим задачам Если гарантия неопрокидь - вания будет достаточно близка к единице, такое судно можно считать доста- точно остойчивым Поэтому проблема нормирования такого критерия может быть прямо сведена к назначению желаемой гарантии, то есть к назначению такой величины этой вероятности, которая устраивает общество. Она бы. с одной стороны, обеспечивала нужную степень безопасности судна, а с другой стороны - давала бы рациональную основу для расчёта той цены, которую придётся платить обществу за принятый уровень безопасности Однако в настоящее время эта проблема еще далека от ее окончательного решения Проблема обеспечения безопасности судна требует разработки анали- тических методов оценки риска для жизни человека на море Существуют традиционные алгоритмы анализа риска.* ' Лой риском понимае*с« совокупность числа аварки (м год) и стелена г «жеста иа посгиасгвки Р»> мэжвг бмть. индмвисуап».н...м когда уи.орб от аварии -аноемтев индивидуум*/ или общественным. когда в реэупыаге аварии <ибне< бо'иивоо число люде» или наносится жачктвпт.нм» ущерб окружающей среде Ю Мкиое Остотчивтк -к что >го таков ' Дикл.г» с жк'кок/ 99
ГЛАВА в ЧТО ТАКОВ ХОРОШО И ЧТО ТАКОВ ПЛОХО? На первом этапе определяются все опасные ситуации при эксплуатации судна. На втором этале рассматриваются критерии допустимого риска для определённых на первом этапе опасных ситуаций Применяя аппарат теории надёжности и математической статистики к статистическим данным, полученным в результате безаварийной эксплуатации аналогичных типов судов, а также аварийную статистику, на третьем этапе устанавливается степень риска и оценивается приемле- мость данной степени риска. По результатам оценки определяются нормы безопасности, пути умень- шения риска и финансовые затраты, связанные с мероприятиями по уменьшению риска. Перечисленные этапы в совокупности составляют формальную оценку безопасности судна (см также п. 9.1). 6.5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ НОРМ ОСТОЙЧИВОСТИ К: Вы говорили, что нормы остойчивости, разработанные в разных стра- нах. совершенно разные А какие из них лучше? Какие нормы дают большую гарантию безопасности (гарантию в 100%, вероятно, не может дать никто)? А.' Первая попытка оценить гарантию, которую дают различные системь нормирования остойчивости, была сделана в докладе советской делегации на сессии рабочей группы ИМКО’ по безопасности рыболовных судов в 1968 году. Тогда рассматривались требования к остойчивости рыболовных судов, содержащиеся в национальных правилах и нормах разных стран, а также предложения по международным стандартам остойчивости Предпо- лагалось. что на основании обобщения опыта, накопленного в разных стра- нах. и сопоставления между собой разных предложений можно будет со- здать рекомендации, которью стали бы затем чем-то вроде международно- го кодекса минимальных требований к остойчивости рыболовных судов. В основу анализа были положены статистические сведения, накопленные ИМ- КО в виде отчётов об авариях рыболовных судов из-за потери остойчивос- ти, а также сведения об остойчивости благополучно плавающих судов К: У меня возникли два вопроса: какие нормы являются более «жестки- ми», то есть более трудно выполнимыми, и какие нормы обеспечивают большую безопасность судов и экипажей? А: Такое сравнение различных требований весьма затруднено тем, что не только нормативы, но и сами критерии в них разные. Наша делегация пред- ложила тогда сравнивать «жесткость» разных норм в применении к одному и * В 1963 г Межгцнкьиг олы;тыт>»ч|я Морская Консупыатиенаи Организации (ИМКО) переименована Международную Морскую Организацию (ИМО). ‘критическим принято называть такое возвышение ЦТ, при котором одно из требований выполняется в томности без избытка и недостатка, а прочие требования ешб могут выполняться с избытком. Иногда рассматривают частные критические возвышения центра тяжести по каждому нормируемому параметру например. Zg ‘ Zgw“ и т д Тогда наименьший из ник и будет Z 100 Ю и»ск Остоичгмхть -по его такое ' (ГНатота с <а'чга-юмг‘
ГЛАВА в ЧТО ТАКОЕ ХОЯОНЮ И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО9 тому же судну по критическому возвышению центра тяжести Zg^"', а для сравнения «жесткости» разных норм применительно к целой группе судов использовать безразмерную величину Zg^/H (зресъ Н - высота борта). Это позволяет выразить условие достаточной остойчивости в любой системе нормирования простым универсальным неравенством: Zg^Zg* (6.7) При таком подходе критерии и нормы в правилах разных стран можно рассматривать просто как разные способы определения величины Zgtp. Безразмерная величина m = (6 8) оказалась удачной мерой эффективности норм остойчивости. Накопленная информация о судах, погибших от опрокидывания может быть использована следующим образом Пусть мы отобрали из отчётов об авариях судов все отчёты, по которым • во-первых, можно определить фактические значения Zg опрокинув- I ' шихся супов в момент аварии; • во-вторых, можно рассчитать критические значения Zgip в соответст- вии с некоторой системой нормирования остойчивости Тогда для каждого /-того аварийного судна можно подсчитать L (69) Эта величина представляет собой меру нарушения данных норм И это нарушение было «наказано» гибелью судна На величину о, помимо строго определённых факторов (система норм, форма и размеры судна) повлияли и многочисленные случайные факторы (погодные условия, курс и скорость судна во время аварии, наличие подвижных грузов, открытые “не по правилам" люки, двери и другие от- верстия и т.п.). Будь эти случайные факторы в другом соотношении, возможно, что авария случилась бы при меньшем или большем отклоне- нии от нормы или не случилась бы вовсе. Поэтому величину ср, в каждой отдельной аварии надо рассматривать как величину случайную, распре- делённую по нормальному закону. Ю Макоа Осгсйчюосгь 410 жо гжо» ’ ЦЖалип* с «атгамэм/' 101
ГЛАВА 6 ЧТО ТАКОЕ ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ плохо? Обратите внимание, что если > 0, то можно утверждать: это судно погибло «по всем правилам». То есть нормы не признали бы это судно достаточно остойчивым и потребовали бы снижения центра тяжести, по крайней мере, до тех лор. пока значение <р, не стало бы равным нулю Однако если среди погибших судов мы обнаруживаем некоторую долю таких, у которых 0, это заставляет нас задуматься Ведь это значит, что судно было по меркам норм достаточно остойчивым, а тем не менее гибель наступила. Значит, в какой-то доле исследуемая совокупность судов, будь она вся приведена к значению <р, = 0 (то есть к Zg=Zg^, всё равно не была бы застрахована от гибели. Ясно также, что если имеющуюся у нас совокупность погибших судов считать достаточно типичной по своему составу и характеристикам для некоторого флота, то мера среднего запаса норм будет _ Ул (6.10) а мера эффективности норм (среднеквадратичное отклонение) |£(Ф.-?)2 (6.11) ал=±\—---------- * I tf-1 Здесь N - общее число судов в списке опрокинувшихся. Интегральный закон распределения такой случайной величины имеет вид рис 6.6. Условная гарантия безопасности (при нормальном законе распределения <р). которую обеспечили бы данные нормы в применении к такому флоту, может быть подсчитана как (6 13) Это процент судов, погибших «по всем правилам»: они имели фактичес- кое Zg выше критического и погибли (Так им и надо. Не нарушай!). Процент судов погибших «не по правилам», может быть подсчитан как 102 Ю Ымо» Осгэй^мвосгь Что это ’ Дмвлзгм с «слпитлтчэм 1
Г ПАЯЛ в ЧТО ТЛКОТ ХОРОНЮ И ЧТО ТАКОЕ тою’ Рис 67 Митральный завой распределения ?для ‘идеальных* моры Эти суда правила не нарушили, но погибли. Очевидно, что система нормирования, которая характеризует многие по- гибшие суда отрицательными значениями <р, неудовлетворительна, так как это означает, что суда, признаваемые по этим нормам достаточно остойчи- выми, фактически погибли Наоборот, система, в которой все погиб- шие суда характеризуются положительными значениями <рг очевидно, гарантирует безо- пасность для судов данного типа Однако, если все положительные значения <р, имеют чрезмерную_абсопютную величину, то это свидетельствует о неэкономичности данной системы нормирования вследствие её из- лишней жесткости Средний запас данной системы нормирования соответствует точке на кривой, имеющей Р(50%). Очевидно, что чем меньше величина А и чем меньше <р , тем лучше система нормирования. В -идеальной - системе нормирования и А и <р равнялись бы нулю, а кривая интегрального закона распределения превратилась бы в ступенчатую линию рис. 6.7. В таких нормах в каждых заданных условиях критическое возвышение центра тяжести каждого судна определялось бы настолько точно, что малейшее нарушение «каралось» бы аварией, а малейшии запас в положении центра тяжести относительно критического обеспечивал бы 100%-ную условную гарантию безопасности Конечно, такие идеальные нормы практически недостижимы, так как для этого нужно было бы иметь абсолютно точное описание каждой из возможных расчётных ситуаций и абсолютно точные решения задач о крене и опрокидывании судна в каждой ситуации. Однако любые нормы можно оценивать по их близости к идеальным нор- мам то есть по их качеству Мерой качества является среднеквадратичное отклонение tr: чем эта величина ближе к нулю, тем совершеннее данная си- стема нормирования. В самом деле, средний запас, который приходится за- кладывать в любые реальные нормы ради достижения определенной гаран- тии Г, означает, что, не умея учесть все особенности каждого индивидуаль- ного судна в его специфических условиях эксплуатации, мы вынуждены как О Мызе {к'ойчмвосг» Что »ГО твлоо ? с аллиганом? 103
ГЛАВА 4 ЧТО ТАКОЕ ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО Т бы равнять нормы на небольшое число худших судов. При этом большинство судов, не нуждающихся в дополнительном снижении центра тяжести, прихо- дится балластировать или без нужды ограничивать их условия эксплуатации. Поэтому можно сказать, что а является также мерой эффективности норм Таблица в 1 Оценка эффективности различных систем нормирования остойчивости рыболовных судов МвМ» С«4С*ВМВ юрммро*пнмв осгой^ааоом Оскммме фишрми 4% o.% r.M 1 РЬгисфСССР. 196Г Г. ЦСМм. МН*. •,л«Г. М0.И- 9.2 M •4.4 2 <ЧвиПМ»ИЛ»ЦММ ИМКО 1968 г Ur^O.OSSM pta. 0*0* рад. Ur жгО.ОМм RML «саз»-. ЦрО.Имм 6.7 M •8.5 3 (Ф**О MW.0J5 15,8 8.8 •64 Рис. 68 Нормальным закон и интегральное распределение отхлзнвнам фактечесхого еозвьыеиив центра тяжести погибших супов от критически! хаченты по различным нормам 1 - критерии норм Ротистра СССР (1967 год)': 2 - критерии ИМКО 1968 гопа"; 3 - упрошенный критерии * Требовании этих норм такие же. как в Правилах 1995 тоги за псыиочением давления ветра при расчёте критерия потопы " Эти требовании анаплгичны новым требованиям ИМО за исключением отсутствие в ним вверенного позже критерия погоды (см раздел в 7) 104 Ю Миков ССГСМЬявОСТЬ Что ЭГО ТЛЛОО ? йЗкВТЬХИ С КАПОТОИОО
ГЛАДА в ЧТО ТАКОЕ когоию И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО’ чем больше а , тем менее эффективно, более дорогой ценой достигается за- данная гарантия безопасности Эта методика оценки эффективности норм в 70-е годы была применена к трем системам нормирования остойчивости рыболовных судов, рассматри- вавшихся ИМКО Всё рассматривалось применительно к условному флоту, состоящему из таких же судов, которые значились в списке погибших. Были взяты нормы остойчивости Регистра СССР (1967 г), рекоменда- ции ИМКО. которые вошли в Международную Конвенцию по безопаснос- ти рыболовных судов (Торремолинос, 1977 г), а также рекомендация де- легации ФРГ, состоявшая всего лишь из одного критериального неравен- ства (Таблица 6 1) Кривые нормального распределения <ри интегральные кривые даны на рис. 6.8. Таблица Л2 Статистика выживаемости рыбопоеиьиг супов Нт каждых 1ШОО Процент гибнущих судов. % Всрохпюсп. выжить м 20 лет 0.9W 0 9X3 Стрна списочного сосгака сулое I мбнст от потери остойчивости ежегодно (в среднем), единиц ccvp А или» 10 0.2 1.7 М ФР1 10,6 2.1 0 979 спи I3J 0974 Янни* М 0.942 Из Таблицы 6.1 видно, что самая примитивная (третья) система норми- рования обладала бы и самой высокой гарантией (Г=96.4%). Однако, эта гарантия достигается ценой самого высокого среднего запаса остойчивости (15 8%), который на 58% выше запаса норм ИМКО и на 39% выше запаса норм Регистра. При такой системе чрезвычайно завышен- ные требования предъявлялись бы к подавляющему большинству судов Эти суда оказались бы совершенно непригодными к эксплуатации из-за резкой качки Статистика выживаемости рыболовных судов, собранная ИМКО в разных странах в 60-70-е годы, показала, какова вероятность у судна, не нарушаю- щего национальные нормы, выжить за двадцать лет службы (Таблица 6.2). Как видно из этой таблицы, наши национальные нормы обеспечивают достаточно высокий уровень безопасности судна Поэтому: не нарушать нормы остойчивости выгодно! «О Шкся Оггоиммлсж Что т пко» ’ Омлсп. с «жм««ом>' 105
ГЛАВА В ЧТО ТАКОЕ ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО ’ 6.6. НОРМИРОВАНИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ В ПРАВИЛАХ РОССИЙСКОГО МОРСКОГО РЕГИСТРА СУДОХОДСТВА 6.6.1. Общие положения Рассмотрим (и прокомментируем), как нормируется остойчивость в Правилах Российского Морского Регистра судоходства В Правилах Регистра издания 1995 года наряду с национальными требованиями впервые появились альтернативные требования к остойчи- вости судов неограниченного района плавания, основанные на Кодексе ИМО по остойчивости судов всех типов В Правилах Регистра издания 2003 года указано, что на суда, кили которых заложены или модернизация которых начата 1 июля 2002 года или после указанной даты, распростра- няются новые требования, основанные на Кодексе ИМО Поэтому мы ус- ловно разделим требования Регистра на < старые- (до 1 июля 2002 года), и «новые». Рассмотрим их подробнее. Мы уже отмечали, что нормирование происходит на двух уровнях. Ограничения по районам и сезонам плавания На первом уровне расчётные ситуации задаются укрупненно, в фор- ме указания района и сезона плавания. Условия эксплуатации судов неограниченного района плавания наи- более суровы. Суда могут оказаться в любое время года в таком географи- ческом районе океана, где повторяемость штормов особенно высока и они не могут укрыться в порту от плохой погоды. Поэтому эти суда должны иметь наиболее высокую норму остойчивости Этим судам назначается наиболее высокое расчётное давление ветра Кроме неограниченного, устанавливается ряд ограниченных районов плавания: I - плавание в морских районах на волнении с максимально допустимой высотой волны 3%-ной обеспеченности 8.5 м* (это на границе диапазона высот волн между VII и VIII баллами Комментарий автора .), с удалени ем от места убежища не более 200 миль и с допустимым расстоянием меж- ду местами убежища не более 400 миль; II - плавание в морских районах на волнении с максимально допусти- мой высотой волны 3%-ной обеспеченности 7 0 м (это середина диапазо- на высот волн для VII баллов), с удалением от места убежища не более 100 миль и с допустимым расстоянием между местами убежища не более 200 миль; II СП - смешанное (река-море) плавание на волнении с максимально допустимой высотой волны 3%-ной обеспеченности 60м (это на границе диапазона высот волн между VIи VII баллами), с удалением от места убежища: •“Напомним, что обеспеченностью незьшится вероятность превышения яакой либо величины Тея. маприыер. 5 м означает, что из 100 только 3 войны будут иметь высоту в 5 м или больше 106 Ю. Шме Фстойчммсто. . Что это 7 Дмепсги с ялгтитачим) ‘
ГЛАВА в ЧТО ГАКОе ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО' • в открытых морях не более 50 миль и с допустимым расстоянием меж* ду местами убежища не более 100 миль, - в закрытых морях не более 100 миль и с допустимым расстоянием между местами убежища не более 200 миль; III СП - смешанное (река-море) плавание на волнении с максимально до- пустимой высотой волны 3%-ной обеспеченности 3.5 м (это на границе ди- апазона высот волн между V и VI баллами), с учётом конкретных ограни- чений по району и условиям плавания, обусловленных ветроволновыми режимами бассейнов, с установлением при этом максимально допустимо- го удаления от места убежища, которое не должно превышать 50 миль; III прибрежное, рейдовое и портовое плавание в границах, установлен- ных Регистром в каждом случае. Предусмотренные ограничения определяют допустимые условия экс- плуатации судна, обусловленные его остойчивостью и прочностью, кото- рые указываются в Свидетельстве о годности к плаванию Конкретные ограничения по району и условиям плавания судам смешан- ного (река-море) плавания III СП устанавливаются в виде географическо- го названия бассейнов или их частей При этом указываются в необходи мых случаях географическая граница района плавания внутри бассейна, ограничения по удалению от места убежища и ограничения эксплуатации календарными сроками, или в виде указания рейса между конечными пор- тами. Варианты нагрузки На втором уровне уточняются варианты нагрузки, в которых должна про- веряться остойчивость*. Существующие требования Правил Регистра в отношении остойчивости по своей сути детерминированные остойчивость требуется проверять в некоторых наиболее важных, по мнению Регистра, состояниях нагрузки судна Эти случаи конкретизируются для различных типов судов (пасса- жирские суда, сухогрузные суда, лесовозы, наливные суда, рыболовные су- да, суда специального назначения, буксиры, дноуглубительные суда, суда длиной менее 20 м, контейнеровозы, суда обеспечения, суда смешанного (река-море) плавания, плавучие краны, транспортные понтоны, доки, сто- ечные суда). Для сухогрузных судов, например, остойчивость должна проверяться при следующих вариантах нагрузки: - судно при осадке по летнюю грузовую марку и наличии однородного груза, заполняющего грузовые трюмы, твиндеки, комингсы и шахты грузо- вых люков, с полными запасами и без жидкого балласта; - судно как в первом варианте нагрузки, но с 10% запасов и, если необ- ходимо, с жидким балластом; ' Jrat ВОЛ0ОС мы подробнее обсудим шпм» Ю Макс» Остойчивость . это toki» с яэлигэмсми / 107
ГЛАВА » ЧТО ТАК ОТ ХОРОШО И ЧТО ТАКОС ПЛОХО* • судно без груза с полными запасами; • судно, как в третьем варианте нагрузки, но с 10% запасов Если в нормальных условиях эксплуатации судно перевозит грузы на па- лубе, остойчивость должна проверяться при следующих дополнительных вариантах нагрузки: - судно с заполненными однородным грузом трюмами и твиндеками при осадке по летнюю грузовую марку, с грузом на палубах, с полными запа- сами и, если необходимо, с жидким балластом; судно, как в первом варианте нагрузки, но с 10% запасов. Для рыболовных судов остойчивость должна проверяться в условиях рейса при следующих вариантах нагрузки: - выход на промысел с полными запасами; * возвращение с промысла с полным уловом в трюме и на палубе, если палубный груз предусматривается проектом, и с 10% запасов; - возвращение с промысла с 20% улова в трюме или на палубе (если про- ектом предусматривается возможность приёма груза на палубу) с 70% нормы льда и соли и с 10% запасов; - выход из района промысла для передачи улова с полным грузом и с ко- личеством запасов обеспечивающим осадку судна по грузовую марку Остойчивость в условиях промысла должна проверяться по критерию по- годы при следующем варианте нагрузки: судно на промысле без улова в трюмах с открытыми люками, с уловом и мокрыми сетями на палубе, с 25% запасов и полной нормой льда и соли Для судов, выбирающих сети и улов при помощи грузовых стрел, следует также учитывать подвешенный к стреле груз, равный грузоподьемности стрелы Количество улова на палу бе должно предусматриваться в проекте и быть отражено в Информации Условия достаточной остойчивости При наихудших в отношении остойчивости вариантах нагрузки остойчи- вость судов должна удовлетворять следующим требованиям: - судно должно не опрокидываясь противостоять одновременному дейст- вию динамически приложенного давления ветра и бортовой качки (крите- рий погоды «физический» критерий); - числовые значения параметров диаграммы статической остойчивости судна на тихой воде и исправленной начальной метацентрической высоты должны быть не ниже некоторых минимальных значений («статистичес- кий» критерий); - для судов, плавающих в зимнее время в зимних сезонных зонах, уста- новленных Правилами о грузовой марке морских судов, должна быть про- верена остойчивость с учётом обледенения; - остойчивость различных типов судов должна удовлетворять ряду положитель- ных требований, учитывающих особенности эксплуатации этих судов. 108 Ю Млко* Одойчиеость Что до мкое’ООлэоги
глава в. что тлкое хорошо и что такое плохо* 6.6.2. Нормирование остойчивости в старых» Правилах Регистра Критерий погоды Остойчивость судов неограниченного и ограниченных районов плавания I и II считается по критерию погоды К достаточной, если при наихудшем в отношении остойчивости варианте нагрузки динамически приложенный момент от давления ветра М равен или меньше опрокидывающего момен- та Af_, то есть если соблюдены условия или К=М^Му>1.0 (6.15) Суда, остойчивость которых по критерию погоды не удовлетворяет тре- бованиям. предъявленным к судам ограниченного района плавания II. мо- гут быть допущены к эксплуатации как суда ограниченного района плава- ния III с установлением для них дополнительных ограничений по усмотре- нию Регистра с учётом особенностей района и характера эксплуатации Расчёт кренящего момента от давления ветра Кренящий момент Мг, кНм, принимается равным произведению давле- ния ветра р, на площадь парусности и на отстояние центра парусности z от плоскости действующей ватерлинии: 0.001 p,Atz. (6.16) Кренящий момент принимается постоянным за весь период наклонения судна. Давление ветра р* , Па, принимается по Таблице 6 3 в зависимости от района плавания судна и плеча парусности. Таблица 6.3 Давление ветра Па Рабон плавания судия I Otciuitixc центра парусности си плоскости ватерлинии /. м 0 5 10 _1,5 2.0 2.5 30 3.5 4 0 4.5 5.0 5.5 6 0 6,5 7.0 и» Heoi раннчмшый 7061 .785 86} 922'971 1010 1049 1079 1108 1138 1167 1196 1216 Ограниченный 1 0.567 даатениа дла неограниченного района OipaiiH KHtiMM II 0,275 давления дня м ограниченного района В Правилах рассматривается один из самых опасных случаев: судно по- теряло ход и управление; внешние силы разворачивают его лагом к волне- нию и ветру, судно испытывает резонансную качку на нерегулярном вол- нении заданной балльности (в зависимости от района плавания); после то- го как ветер стих, внезапно налетает шквал. Причём кренящий момент мгновенно достигает своего расчётного значения и остаётся постоянным по величине на всём протяжении наклонения судна. Судно должно иметь такую остойчивость, чтобы в этой ситуации не опрокинуться или не полу- чить слишком большой угол крена (превышающий угол запивания). Ю. Машдв Х>стзяёчиеость. -?гп эго такси» > с кыя-ъмому 109
ГЛАВА t ЧТО TAKOt ГОРОШО И ЧТО ГАКСЖ плою > Данные для расчёта кренящего момента от давления ветра и ампли- туд качки Расчётная формула (6.16) Правил для определения кренящего момента является результатом упрощенного и схематизированного представления о ветровом кренящем моменте. Фактическое воздействие ветрового дав- ления на судно является гораздо более сложным процессом, а ветровой момент является сложной функцией от времени и от различных элементов судна. При изучении фактического воздействия шквала на судно можно выде- лить несколько групп факторов: - факторы метеорологические, связанные с изменением во времени и пространстве направления и скорости ветра при порывах и шквалах, с воз растанием скорости шквала по высоте, с колебаниями и пульсациями ско- рости ветра при штормах, с повторяемостью ветров различной силы (см п.4 8 1) - факторы аэродинамические, связанные с определением аэродинами- ческого кренящего момента, с установлением силы давления ветра и по- ложения центра парусности надводной поверхности судна при разных его наклонениях к ветровому потоку и разных типах надстроек (см. п.4.8.2- 4.8.3); - факторы гидродинамические, связанные с определением точки прило- жения равнодействующей сил сопротивления воды дрейфу судна (см п.4 8 4), определением присоединённых масс воды и их моментов и вооб- ще учитывающие влияние гидродинамических сил на величину и характер изменения во времени кренящих моментов при шквале. При перемещении судна лагом, вызванном действием порыва ветра возникают силы, зависящие от ускорений судна (инерционные силы), и си- лы, зависящие от скорости дрейфа (сипы сопротивления) В начальной стадии действия шквала, когда скорость дрейфа ещё мала преобладают инерционные силы и моменты При этом равнодействующая сил инерции, создающая вместе с силой давления шквала кренящий мо- мент, проходит через центр масс судна (центр тяжести). По мере нарастания скорости дрейфа ускорения, а с ними и инерцион- ные силы и моменты, уменьшаются и начинают преобладать силы и момен- ты сопро1ивления дрейфу Величина этих сил и точка их приложения суще- ственно зависят от формы подводной части судна (см п 4 8.4) В связи с возрастанием давления с высотой усложняется расчётная схе- ма для определения аэродинамического кренящего момента Для упроще- ния вычислительной схемы в Правилах давление ветра условно предпола- гается равномерно распределённым по всей площади парусности, а его величина такой, чтобы кренящие моменты при равномерно и неравномер- но Ю Маков Х>с'Ойчиюсгь Что эч> ’ (ралвогм с алли»’*жм».|
глава ».что ТАкое хорошо в что тляое плохо ’ но распределённом давлении были примерно одинаковы В Правилах предписывается брать давление на высоте центра парусности Для пользования расчётной формулой (6.16) необходимо знать расчёт- ное давление р. Так как ветры ураганной силы с той или иной степенью по- вторяемости возможны в любом пункте земного шара, тем более на море, казалось бы естественным принять для всех судов одинаковое расчётное давление ветра, соответствующее максимальной его скорости, замерен- ной метеорологическими обсерваториями Однако такое требование было бы чрезмерно жёстким. Прежде всего, трудно ожидать, чтобы отмечаемая приборами макси- мальная скорость ветра одновременно относилась бы ко всей площади па- русности судна Также мало вероятно предполагать, что сила максималь- ного давления остаётся постоянной в течение всего времени наклонения судна. Фактически в громадном большинстве случаев порыв ветра бывает менее продолжительным. Поэтому давление шквала, осредняемое на всю площадь парусности и на всё время наклонения, должно быть как прави- ло, значительно меньше максимального и лишь в очень редких случаях приближаться к нему. Для установления численных значений расчётного давления приходится стать на путь сравнительных расчётов и определить величину выдержива- емого давления для большого числа плавающих судов разных типов и ка- тегорий при разных условиях нагрузки На основании рассмотрения про- веденных расчётов и учёта опыта эксплуатации судов установлены нормы расчетного давления ветра, которые не имеют прямой связи с баллами шкалы Бофорта Однако ориентировочно можно сказать, что для судов нс ограниченного района плавания ветер соответствует примерно 10 баллам, для ограниченного I - 8 баллам, для ограниченного II 6 баллам Из приведенных рассуждений следует, что кренящий ветровой момент не будет постоянным даже в том случае, если считать, что сила давления ветра от нуля мгновенно достигает максимального значения и дальше ос- таётся постоянной Изменение во времени кренящего момента связано с изменением природы гидродинамических сил (от инерционных к силам со- противления), а также с влиянием на аэродинамические и гидродинамиче- ские силы возрастающего угла крена судна Сложный характер зависимости кренящего момента от времени в Пра- вилах заменяется эквивалентным простым при том же давлении ветра, ис- ходя из равенства сообщаемых судну количеств движения за время, необ- ходимое для получения судном динамического крена Расчёты показыва- ют, что формула (6.16) даёт приблизительно эквивалентное значение кре- нящего момента при наиболее простом допущении о постоянстве креняще- го момента за всё время наклонения судна. Кроме того, в этой формуле предписывается брать плечо кренящей ла- Ю Мв*оа •О-гимгчивосг» Что эго такое ? (Дл&югш с ваяэгэмов#/ 111
глава в что ТАкое хорошо и что тлхое плохот ры сил не до центра тяжести, а до площади действующей ватерлинии. Здесь закладывается допущение, что Zg=T. На самом деле обычно центр тяжес- ти располагается несколько выше ватерлинии, и это допущение идёт в за- пас остойчивости. Итак, принятая в Правилах схема определения кренящих моментов от давления ветра предназначается только для целей нормирования остойчи- вости Ввиду наличия целого ряда условностей схема не может быть реко- мендована для определения допустимой балльности ветра и установления ограничений плавания по условиям погоды Расчёт амплитуды качки Амплитуда качки судна с круглой скупой, не снабженного скуловыми ки- лями и брусковым килем, вычисляется по формуле 0„«Х, X, У. град, (6.17) где X,, Х2 • безразмерные множители; Y - множитель, град Таблица 6 4 кбюжктель У Район плавания судна Л, !В 0.04 и < 0.05 0.06 0 07 008 009 0 10 0 11 0.12 0.13 и > Нео|раниченный Ограниченный 1 24 0 25.0 270 29 0 30,7 32.0 33.4 34.4 35.3 360 Ограниченный II 16.0 17.0 19.7 22.8 25,4 27.6 29.2 30,5 31 4 32.0 Таблица 6 5 Множитель X, 117 X, 2.4 и < 1.0 2.5 , 0.98 2,6 0.96 2,7 0 95 2,8 0.93 2,9 0.91 3,0 0.90 3,1 0 88 3,2 0.86 3,3 0 84 3.4 0 82 3 5 и > 0 80 Множитель /принимается по таблице (Таблица 6 4) в зависимости от района плавания и отношения Множитель X, принимается по Таблице 6.5 в зави- симости от отношения S/Г, а множитель Хг по Табли- це 6.6 в зависимости от коэффициента общей полно- ты судна 6. Если судно имеет скуловые кипи или брусковый киль или то и другое вместе, амплитуда качки, град . должна вычисляться по формуле в>~квУ (6.18) где коэффициент к принимается по Таблице 6.7 в зависимости от отношения A^fLB), в котором Ам суммарная габаритная площадь скуловых килеи, либо 112 Ю Маков ХЗспжтемвос»* Что эго гмое ? (Дмпоги е'кэгмтамом/'
г.гааа « что такое хорошо к что такое плохо* площадь боковой проекции брусковою кипя, либо сумма этих площадей, м7 Амплитуду качки судна с острой скулой следует при- нимать равной 70% амплитуды, вычисленной по фор- муле (6 17). Расчётные значения амплитуд качки сле- дует округлять до целых градусов. В Правилах амплитуда бортовой качки определя- лась как амплитуда 2%-ной обеспеченности нерегу- лярной качки на ветровом боковом волнении, балль- ность которого отвечала скорости устойчивого ветра, соответствующего нормам заданной ветровой нагруз- ки (10 баллов для судов неограниченного плавания, 8 и 6 баллов для судов ограниченных районов плава- ния) Для упрощения достаточно сложного расчёта не- регулярной качки были предварительно проведены массовые расчёты качки ряда характерных судов, а результаты их осреднены. Это в итоге привело к про- стой расчётной формуле Норм для амплитуды борто- вой качки. Как видите, полученная амплитуда качки не имеет ничего общего с амплитудой качки вашего судна на реальном волнении Это некоторая условная расчёт- Таблиц 6 6 Множитель X, 5 *1 0.45 и < 0,75 0,5 0.62 0.55 0.89 0,6 0,95 0.65 0,97 0.7 и > 1 Таблица 6 7 Коэффм июн' к A,LB,% к 0,0 1.00 I 0 о.ох 1Д 0,95 1.1 0.88 2,5 0.79 1.2 0.74 3,5 0.72 4 0 н > 0 70 ная амплитуда некоторого усреднённого суд- на на некотором усреднённом волнении. Ес- тественно. что она не может никак характе- ризовать поведение в реальной жизни ваше- го судна, а может служить только для целей нормирования Определение опрокидывающего момента. Определение опрокидывающего момента Мс с учётом качки может быть произведено как по диаграмме статической остойчивости, так и по диаграмме динамической остойчи- вости. Рассмотрим это подробнее Кренящий момент от ветра начинает дейст- Рмс 6 Я С»ма мйстеия илмла вовать на судно не из прямого положения, а при мгновенном крене на наветренный борт -в, (рис. 6 9). Так как кренящий момент действует динамически (шквал), придется учи- тывать работы кренящего (рис 6.10 - 6 12) и восстанавливающего момен- О Илл йгаЧяос» Чгояюгачзе’йкмложсжмиаж»)- 113
глава в что такое хорошо и что такое плохо? Г рафик крвняывго момента от ветра и график еко работы. Рис 6 11 Восстанаепим«и|и* момент, аействуюшии «в помощь- кренящему моменту, и его рабо-а Рис. 6.12 Суммарный график работ от остра и волк тов. На подветренный борт судно помимо ве- тра будет кренить ещё и вода; по крайней ме- ре, до прямого положения восстанавливаю- щий момент будет действовать как кренящий, помогая ветру. На графике восстанавливаю- щего момента рис.6.11 выделена площадь S. определяющая работу восстанавливающего момента «в помощь» кренящему моменту Эта же площадь на графике работ изображе- на отрезком АВ Опрокидывающим Мс кренящий момент М. станет тогда, когда сравняются площади А и В, выделенные на ДСО рис 6 13 При этом на диаграмме динамической остойчивости гра- фик работ кренящего момента, проведенный из точки "а ”, пройдёт по касательной к графи- ку работ восстанавливающего момента. Если диаграмма остойчивости имеет об- рыв (например, на судне в данном случае нагрузки открыт люк в трюм и ДСО обрыва- ется при угле заливания), то уравниваемые площади на ДСО ограничиваются утлом за- ливания. а на ДДО вместо касательной про- водится секущая в точку диаграммы при уг- ле заливания. Расчёт критерия погоды В практике расчёты по определению опро- кидывающего момента обычно проводятся по диаграммам, построенным в плечах. Напомним, что критерий погоды это отно- шение опрокидывающего момента к креня- щему (6.15). Кренящий момент вычисляется по формуле (6.16) Вычислить опрокидываю щий момент можно, как используя графичес- кие построения, так и аналитически. Графический метод (рис.6 13). На ДДО влево от оси ординат откладывается ампли- туда качки Оу Из точки «а» проводится каса- тельная к ДДО. Через точку «а» проводится горизонтальная прямая и на ней откладыва- 114 Ю Мллоа Осто^мюсг» Что эго гаде»? jfl-wancr» с кжмтамоы/*
/•/мал в ЧТО ТЛХОС ХОРОШО и что тлмж плохо? ется 1 радиан. Из этой точки восстанавливается перпендикуляр до пересе- чения с касательной. Отрезок 1С даёт плечо опрокидывающего момента, а критерий погоды будет равен К=1(/1г. м Требования к диаграмме статиче- ской остойчивости А: Регистр нормирует также чис- ловые значения параметров диа- граммы статической остойчивости судна на тихой воде и начальной ме- тацентрической высоты. Максимальное плечо Максимальное плечо диаграммы статической остойчивости Im долж- но быть не менее 0.25 м для судов длиной 80 м и менее, и не менее 0.20 м для судов длиной 105 м и бо- лее Для промежуточных значений длин судна максимальное плечо оп- ределяется линейной интерполяци- ей. Рис 613 Опреоелемме критерия погоды по -старым- Праии.'шм Ре-истра Вы. конечно, помните, что показала аварийная статистика: около поло- вины всех погибших судов опрокинулись на попутном волнении. В Прави- лах Регистра эта ситуация в явном виде не сформулирована. Хотя ещё в прошлом веке исследователи показывали, что остойчивость судна должна существенно уменьшаться, когда его середина оказывается на вершине волны, а оконечности оголяются. При включении этой ситуации в Правила Регистра критериальное урав- нение, учитывающее соотношение кренящих и восстанавливающих сил, не составлялось. Оценка остойчивости по нормам в этом случае производит- ся на основе простых соображений о недопустимости слишком сильного снижения плеч ДСО при значительных углах крена. Самые значительные изменения ДСО происходят при длине волны примерно равной длине суд- на. Из этих соображений и назначались нормы для максимального плеча ДСО Если снижение плеч остойчивости любых судов никогда не превосхо- дит указанных величин, то это означает, что в данной расчётной ситуации гарантируется сохранение положительной остойчивости при угле крена, равном углу максимума ДСО. Однако вопрос о достаточности остойчивос- ти при действии в этой ситуации каких-либо кренящих моментов остаётся открытым. Очевидно, необходимо более детальное рассмотрение всех ус- С Мллол Осгаймиаосгь . Что «го гаков? ДОм/тагм с алпммнимГ 115
Г ПАВЛ в что тлкое ХОРОШО И ЧТО ТАКОС плохо ? ловий этой расчётной ситуации и составление достаточно обоснованного критериального уравнения. Положение максимума Угол крена, при котором плечи ДСО достигают максимума, должен быть не менее 30°. Рис. 6.15 Огоамичекие в. Нормирование этой величины не вытекает из каких-либо критериальных уравнений Его введение в нормы мотивировано тем, что сдвиг угла максимума влево при сохранении площади диаграммы увеличит начальную ме- тацентрическую высоту и уменьшит период качки (рис.6.14). А это увепичи! вероятность попадания судна в условия резонанса на бо- лее короткой и крутой волне. Однако фактор качки учи1ывается нормами отдельно и при- том в явном виде, поэтому -двойной» его учёт, на наш взгляд, не является оправдан- ным. С другой стороны, жесткое ограничение ©„гЗО" приводит в ряде случаев к парадок- сальным результатам. Представьте себе два судна, диаграммы которых полностью совпа- дают в начальной и нисходящей ветви (рис 6.15). Различие в диаграммах сводится к тому, что диаграмма А в районе максимума идет несколько выше, а её макси- мум лежит несколько левее, чем у диаграммы Б В этом случае условия попадания в резонансную качку обоих судов практически одинаковы, а прочие показатели у судна А такие же или несколько лучше, чем у судна Б Однако формальное применение норм Регистра потребует понижения центра тяжести или балластировки лучшего судна с единственной целью привести положение максимума в соответствие с нормативом. При этом произойдёт увеличение начальной остойчивости и уменьшится период кач- ки От чего хотели уйти, к тому и пришли! К счастью, такие ситуации встре- чаются очень редко. Протяженность диаграммы Предел положительной остойчивости (закат диаграммы) должен быть не менее 60°. Критерий 9>60о, определяющий протяженность диаграммы, можно с неко- торым основанием трактовать как гарантию безопасности судна при зали- 11в Маяов Т>сгс»*чмвос1> Что это тжов? (Залоги с яллктаюм ,
ГЛАВА в ЧТО ТАлое ХОРОШО НЧЮ ТАЮЖ плохо ’ вании палубы большими массами воды, которая может слиться через фальшборт только при достаточно больших углах крена и достаточном вре- мени накренения. Возможность больших наклонений и их продолжитель- ность определяются, в известной степени, нисходящей ветвью диаграммы статической остойчивости Поэтому включение угла в, в критерии остойчи- вости можно считать оправданным с физической точки зрения. Метацентрическая высота А.* Исправленная начальная метацентрическая высота всех судов при всех вариантах нагрузки, за исключением «судна порожнём», должна быть положительной Кроме того, в Дополнительных требованиях к остойчивос- ти Правил Регистра для ряда типов судов даются дополнительные требова- ния Например, для сухогрузных накатных судов с грузом она должна быть не менее 0.2 м. для рыболовных (включая «судно порожнём») не менее 0.05 м или 0.003 ширины судна, смотря по тому, что больше, для судов дли- ной менее 20 м не менее 0.5 м и т.п. Критерий метацентрической высоты необходим для судов, остойчивость которых на больших углах крена оказывается достаточной даже при нуле- вой и отрицательной начальной остойчивости за счёт, например, высокого надводного борта или развитых водонепроницаемых надстроек Малые значения метацентрической высоты особенно в сочетании с большой па- русностью приводят к валкости, то есть к появлению заметных углов кре- на при сравнительно небольших кренящих моментах Валкость, не опасная сама по себе, вызывает ряд эксплуатационных неудобств: она требует равномерного приёма и расходования грузов из бортовых отсеков, спо- собствует смещению груза в ещё не заполненных трюмах, создаёт у ко- манды чувство неуверенности в остойчивости судна. Кроме того, валкость нередко способствует развитию аварийной ситуа- ции, не являясь её основной причиной Например, затопление даже не- больших бортовых отсеков, не симметричных относительно диаметраль- ной плоскости, приводит на валком судне к значительному крену, который затрудняет спасательные работы и защиту судна от действия моря Учёт обледенения А: Для судов, плавающих в зимнее время в зимних сезонных зонах, ус- тановленных Правилами о грузовой марке морских судов, помимо основ- ных вариантов нагрузки, должна быть проверена остойчивость с учетом обледенения Массу льда на квадратный метр площади общей горизонталь- ной проекции открытых палуб принимают равной 30 кг Массу льда на ква- дратный метр площади парусности принимают равной 15 кг. При расчёте обледенения учитывается изменение водоизмещения, возвышения центра тяжести и площади парусности от обледенения О Ммов Ос тойч*восгь Что эго гз*зз ? с яллигамом/ 117
глава t. что тлкое хорошо и что тлкое плохо? Для диаграмм статической остойчивости, построенных с учётом обпеде нения, угол заката диаграммы должен быть не менее 55°, а максимальное плечо статической остойчивости для судов ограниченного района плава- ния не менее 0 2 м при крене не менее 25 градусов Эти требования очень условны и не отражают реальной картины обледе- нения судов (см. также 8.5). в.6.3. Нормирование остойчивости в -новых» Правилах Регистра Наиболее существенным отличием части IV Правил классификации и по- стройки морских судов Регистра издания 1995 и 1999 годов от предыдущих изданий является включение базовых рекомендаций Кодекса ИМО в виде отдельного раздела со статусом альтернативных требований к остойчиво- сти судов неограниченного района плавания Однако для судов, кипи которых заложены или модернизация которых начата 1 июля 2002 г. или после указанной даты, применяются единые тре- бования к остойчивости, основанные на Кодексе ИМО Подход к нововведениям в Правилах Регистра и Кодексе ИМО един: уровень безопасности новых судов должен быть не ниже, чем у судов ста- рой постройки. Однако если нормативная база для традиционных судов длиной до 100 м имеет солидную статистическую основу, то для современ- ных крупных судов опыт ещё не накоплен. Известно, что до 80% аварий на море, связанных с гибелью людей и за- грязнением окружающей среды, произошло по причине -человеческого фактора» (ошибки комсостава - порядка 27%. рядового состава -12%, бе- регового состава - 12%, лоцманов • 6% и т.п.). Поэтому в Кодексе отра- жена общая позиция ИМО в отношении повышения уровня обеспечения безопасности судов и защиты природы на море: равный учёт техническо- го, оперативного и -человеческого» факторов. Если Правила Регистра на- правлены в первую очередь на надзорную деятельность за конструктив- ным обеспечением остойчивости судов (в том числе при проектировании), то цель Кодекса состоит в рекомендациях критериев остойчивости и дру гих мер по обеспечению безопасной эксплуатации судов В Кодексе боль- ше внимания уделено рекомендациям оперативно-эксплуатационного ха- рактера. Структура общих для всех типов судов критериев остойчивости в Прави- лах и Кодексе отличаются приоритетами. В Правилах на первое место поставлен критерий погоды, а требования к элементам диаграмм остойчивости как бы на втором месте В Кодексе, наоборот, преимущество отдаётся нормативам по параметрам диаграмм остойчивости (статистические критерии). Критерий бокового ветра и бор- товой качки (критерий погоды, физический критерии) играет роль дополни- тельного 118 Ю Мыо* Устойчивость что это такое? (□малой* с капитаном >
глава в. что тлкое хсеошо к что тлкое плохо > Стоит ещё отметить, что в отличие от Правил Регистра в Кодексе не пре- дусмотрена классификация морских судов по районам плавания и нет об- щих требований по эксплуатацион- ным ограничениям по погоде или уда- лению судов от берега. Критерий погоды Остойчивое!ь судна считается по критерию погоды достаточной, если оно в состоянии противостоять одно- временному действию ветра и волне- ния. Вначале считается, что судно нахо- дится под воздействием постоянного ветра, направленного перпендику- лярно диаметральной плоскости, ко- торому соответствует плечо ветрово- го кренящего момента Это плечо принимается постоянным для всех углов крена Под статическим действием этого ветра судно кренится на подветрен- ный борт до угла Оо, рис 6.16. От это- го статического угла крена в9. вы- званного постоянным ветром и со- ответствующего первой точке пере- сечения горизонтальной прямой и кривой восстанавливающих плеч судно под воздействием волн кренит- ся на наветренный борт на угол, рав- ный амплитуде бортовой качки 0,. Ряс. 6.18 К раечбгу крмгермя погоды В этот момент на накренённое судно динамически действует порыв вет- ра, которому соответствует плечо кренящего момента /.2 (рис 617)- Критерий погоды находится как отношение площадей: К=Ь/а (619) Вычисляются и сравниваются площади -а» и «Ь» (рис 6 18) Площадь -а» ограничена кривой восстанавливающих плеч, прямой и углом крена, равным в0-в} О Малое ЪстолЬавость Что аго м«м? {Ола/югм с к&литанол») 119
ГЛАВА в ЧТО ТАКОЕ ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО » Площадь •<£>•• ограничена кривой восстанавливающих плеч, прямой, соот- ветствующей плечу /wJ и углом крена вг = 50°. либо углом заливания 0,. ли- бо углом крена 0С, соответствующим точке второго пересечения прямой с кривой восстанавливающих плеч, в зависимости от того, какой из них меньше. Остойчивость судна по критерию погоды считается достаточной, если К = Ь/а>1. ( 6.20 ) Статический угол крена от действия постоянного ветра Оо не должен пре- вышать 16°. либо угла, равного 0.8 угла входа в воду кромки открытой па- лубы, в зависимости от того, какой из них меньше. Расчбт плеча кренящего момента от давления постоянного ветра Кренящее плечо /„ принимается постоянным для всех углов крена и рас- считывается по формуле I - " lOOOgM' где давление ветра Па, определяется по Таблице 6 8 в зависимости от района плавания судна; А - площадь парусности, м2; табвлив в 2.' плечо парусности; принимается рав- Даалем>в мтрвр. ным измеренному по вертикали рассто- Район ii.iaaaii и а судна р,, Па янию от центра парусности до центра площади проекции подводной части кор- пуса на диаметральную плоскость, или, приближенно, до середины осадки суд- на; М • массовое водоизмещение судна, т; д=9 81 м/с2. Кренящее плечо /и2 определяется по Неограниченный 504 Ограниченный 1 353 Офаничснный II 252 Таблица 6 0 Давление eetpa для рыболовных супов «V рч. Па формуле U-1.5 /w, (622) Для рыболовных судов длиной от 24 до 45 метров давление ветра в формуле (6 21) может принимается по Таблице 6.9 в зави- симости от расстояния z* от центра площа- ди парусности до ватерлинии. 1 316 2 386 3 429 4 460 5 485 6 и > 504 120 С JUacov Остойчивость ‘/го эго такие ? (Джмгкум с мгогмяОбМ*
ГЛАЛА в. ЧТО ГАКОС ХОРОШО и что тлхое плохо? Расчбт амплитуды качки Амплитуда качки судна с круглой скулой в градусах определяется по фор- муле e,=109trtX27^ (6.23) где к коэффициент, учитывающий влияние скуловых и/или брускового ки- лей; определяется по Таблице 6.7 в зависимости от отношения AJLB, в ко- тором А* - суммарная габаритная площадь скуповых килей, либо площадь боковой проекции брускового киля, либо сумма этих площадей, м2; X, и Хг - коэффициенты, определяемые по таблицам 6.5 и 6.6; параметр Г опреде- ляется по формуле (6.24) (значение г не должно приниматься больше 1); безразмерный множитель S определяется по Таблице 6 10 в зависимости от района плавания судна и периода бортовой качки Т„. _ „ _ _ Z, — Т _ Таблица 6.10 = Q.73 4 0.6—“__• Безразмерный множитель S (6.24) Сам период бортовой качки реке- мендуется определять по извест- ной «капитанской» формуле „ 2сЯ т«~ п: * V (6.25) где инерционный коэффициент С опре- деляется по формуле*: D f Тв,с Район плавания судна Неограни- ченный Ограниченный 1 и ограниченный 11 S5 0.100 0 100 6 0 100 0.093 7 0.098 0.083 8 0.093 0.073 10 0079 0.053 12 0.065 0.040 14 0.053 0.035 16 0.044 0.035 18 0.038 0.035 2 20 0.035 0.035 о / с = 0.373 + 0.023 — - 0 043 —. т юо h - исправленная мегацен(рическая высота (с поправкой на свободные поверхности жидких грузов) Амплитуда качки судна с острой скулой бе- рётся равной 70% амплитуды в,. Расчётная схема определения критерия погоды, принятая ИМО, в основ- ном базируется на динамическом критерии японских норм остойчивости Следует отметить, что при равном ограничении (единица) он имеет прин- ципиальные отличия по физическому смыслу от «регистровского» крите- рия погоды Формула йота и прмэнама официально, подвергается критике Например, указывается, что инерционный коэффициент вообще не зависит отплииы гулка См также разпеп 7.6 <0. Маисе Оегсйнииос.'». Что его гаяие? ДОалсгис итжпмсмГ 121
ГЛАВА 6. ЧТО ТАКОЕ ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО ’ Рис 6 19 Расмёт критерия погоды по новым Правилам Критерий ИМО предусматрива- ет, по существу, два норматива норму для отношения работ вос- станавливающего и кренящего мо- ментов при действии шквалистого ветра и бортовой качки на судно с креном Оо от постоянного ветра, и норму для самой величины 0О. По-разному определяется также ветровая нагрузка и расчётная амплитуда качки. Расчёт критерия погоды Критерий погоды по «новым» Правилам удобнее рассчитывать аналитическим методом. Его рас- чёт сводится к вычислению пло щадей «Ь» и «а» на рис 6.19. а площадь «а» по формуле a=ldtl+IJ02-e,)-ld0r В этих формулах углы крена берутся в радианах Требования к диаграмме статической остойчивости Диаграмма статической остойчивости должна удовлетворять ряду требо- ваний, аналогичным «старым» Правилам. Максимальное плечо диаграммы статической остойчивости должно быть не менее 0.25 м для судов длиной 80 м и менее и 0.20 м для судов дли- ной 105 м и более при угле крена 0т23О°. Для промежуточных L величина определяется линейной интерполяцией. По согласованию с Регистром угол, соответствующий максимуму диа- граммы статической остойчивости, может быть уменьшен до 25*. При наличии у диаграммы статической остойчивости двух максимумов вследствие влияния надстроек или рубок требуется, чтобы первый от пря- мого положения максимум диаграммы наступал при крене не менее 25°. Предел положительной статической остойчивости (закат диаграммы) должен был» не менее 60 Однако для судов ограниченного района плава- ния III СП он может быть уменьшен до 50“ при условии, что на каждый 1’ уменьшения приходится 0 01 м увеличения максимального плеча статиче- ской остойчивости сверх нормативного значения. 122 ю Шлпа Осгойчмшос-ь . Что это такое > с сапитзгом I
глава е что тххос хороню и что такое плохо Из новых требований появились следующие (рис 6 20)*: • площадь под положительной частью ДСО должна быть не менее 0.055 м рад до угла крена 30° и не менее 0.090 м рад до угла крена 40°; - площадь между углами крена 30° и 40' должна быть не менее 0.030 мрад Требования к метацентрической высоте Исправленная начальная мета- центрическая высота всех судов при всех вариантах нагрузки долж- на быть не менее 0 15 м (за исклю- чением особо оговоренных случа- ев). Для всех судов при варианте на- грузки -судно порожнем» допуска- ется определять начальную мета- центрическую высоту с учетом диф- ферента. Для однопалубных рыбо- ловных судов она должна быть не менее 0.35 м. Для судов со сплош- ной надстройкой или для судов дли- ной 70 м и более эта величина мо- жет бьпь по согласованию с Регист- ром снижена до 0.15 м Рис. 6.20 Требований к плечам димаммчесжои остойчивости. Сравнение основных требований к остойчивости Для практики полезно знание ко- личественной оценки запаса остойчивости по критерию погоды, то есть со- отношение между числовыми значениями К по Регистру и ИМО. В работе (14] на большом расчётном материале показано, что величина К по Регистру как правило ниже, чем по ИМО в среднем на 30% с коэф- фициентом вариации 0 36 (нормы Регистра более жесткие) Поэтому сей- час ведётся работа по сближению, гармонизации Правил Регистра и Ко- декса ИМО Исследования в этом направлении продолжаются и дают «вы- ход» как для совершенствования Правил Регистра, так и для ревизии Ко- В Кодексе ИМО не еспопь-зуется понятие плеч динамической осюйчидесги, яогя указанная плсхишь я есть это плечо. О Малое Оетокчиессп. Что таксе 7 рЗгалчхм е капитаном) * 123
гллвл а что тлкое хорошо и что тлкое плохо т двкса ИМО, который считается «живым» документом, открытым для даль- нейших улучшений В Таблице 6.11 приведено сравнение основных требований к остойчиво- сти пассажирских и грузовых судов (без контейнеровозов и лесовозов) «старого» Регистра, ИМО и «нового» Регистра. Таблиц* 6.11 Сравнение основных требоватмй к остойчивости Параметры остойчвмсгв Пассажирские и rpyiawuc суха неограничен мл»о района плавания В таблице приняты обозначения (хроме уже использовавшихся): *«»• '<ш ~ плечи динамической остойчивости при 30’ и 40е; 2 - плечо парусности, рассто- яние между силами, вызыва- кмцими кренящий момент; z - отстояние центре парус- Регистр "старый'' нмо Ретмсгр "воаыи" 1*>М 0 (US 0.15 0.204U5 (1.20 ОДО-0.25 •„ три 30 30 30 •„ три ы> 60 60 Ц» м ра т • 0055 0055 U- м-ры • 0.090 0.090 мри • 0030 0.030 мости от ватерлинии. - давление ветра при его статическом действии: Z х-Т/2 ееТ/2 р„. Ле • 504 504 - давление ветра при шквале; в„ - статический крен судна от р, ,. п. 706-1216 756 756 V.ipu • 16*080. 16*0.80. •„ формула (6.17) (6.23) (6.23) постоянного ветра; - Угол входа палубы в веду К21 М/М. Ь/а Ьа Отраяя'т n.i."b" • 50* ,М, 50*,0„0. 6.7. НОРМИРОВАНИЕ НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ (ДЕЛЕНИЕ СУДНА НА ОТСЕКИ)* 6.7.1. Принципы, заложенные в нормирование непотопляемости А: Вы. конечно, знаете, что практически невозможно обеспечить судну абсолютную непотопляемость. Судно не может быть сохранено при полу- чении любой пробоины (вспомните -Титаник»). Исход аварии для повреж- дённого судна зависит от многих случайных факторов: размера и распо- ложения пробоины, состояния нагрузки в момент аварии, интенсивности волнения и ветра, грамотности и своевременности мор, принимаемых ко- мандой по спасанию судна и т.д Их влияние неодинаково для судов с раз- ными характеристиками. Например, очевидно, что для судов одинаковых размеров, но перевозящих разное количество груза, совершенно одина ковые повреждения могут привести к различным результатам из-за раз- ных коэффициентов проницаемости и осадок при эксплуатации. ' В новых издания» Правил Регистра Часта V "Делемхе на отсеки' существенно переработана. 124 Ю Маисе 'Остоёчевсх.гъ. Что 9’0 ммм ’ (Дмалигм с клтмтамлм/
глава t что тлкое хорошо и что тлкое плохот Поэтому последствия повреждения на судне с заданным делением на водонепроницаемые отсеки зависит от следующих обстоятельств: • какой отдельный отсек или группа смежных отсеков затапливаются; • какова осадка и остойчивость судна в неповреждённом состоянии на момент аварии, • какова проницаемость затапливаемых помещений на момент аварии; • каково состояние моря на момент аварии, • другие факторы, такие, как возможный кренящий момент из-за несим- метричного распределения нагрузки. Некоторые из этих обстоятельств взаимозависимы, и связь между ними и их влияние могут в разных случаях изменяться. Следовательно, наиболее объективной характеристикой уровня обеспече- ния непотопляемости судна является вероятность выживания после получе- ния пробоины Поэтому в Правилах Регистра основным критерием уровня обеспечения непотопляемости принят индекс деления на отсеки, который является мерой способности судна выживать после получения пробоины Вероятность выживания судна включает следующие вероятности: • вероятность затопления каждого отдельного отсека и каждой возмож- ной группы из двух или более отсеков; • вероятность того, что плавучесть судна после затопления рассматри- ваемого отсека (или группы из двух и более смежных отсеков) будет достаточной для выживания судна; • вероятность того, что остойчивость судна после затопления рассматривае- мого отсека (или группы из двух и более смежных отсеков) будет достаточ- ной для предупреждения опрокидывания или опасного накренения судна из-за потери остойчивости или возникновения кренящего момента. С помощью теории вероятностей было показано, что вероятность выжива- ния судна должна рассчитываться как сумма вероятностей его выживания после затопления каждого отдельного отсека, каждой группы их двух, трех и тд смежных отсеков, умноженных соответственно на вероятности полу- чения таких повреждений, которые приводят к затоплению соответствую- щего отсека или группы отсеков. Принципы оценки вероятности затопления любого отдельного отсека или группы отсеков показаны на рис 6.21. На рис 6.22 показано определение вероятности затопления каждого от- дельного отсека или групп смежных отсеков. Принципы оценки вероятности выживания судна после затопления любо- го отдельного отсека или группы смежных отсеков показаны на рис. 6 23 Правила деления на отсеки содержат два основных требования • чтобы фактическая вероятность того, что плавучесть судна после за- топления рассматриваемого отсека (или группы из двух и более смежных Ю Мана Остойчивость ‘/то 9?о гпкоа ’ С 125
глава i что такс* хорошо и что ТАМое плохо* Рис. 621 Принципы оценки вероятности эатолпония любого отцепьюго отсей или 'руппы смежных отоекое. 1- действительное значение. 2 - принятое в Правилах Рис. 6 22 Ипяоскмция определения штроитности затоплении каждое о'аепытою отсека или групп смежных отсеков. Точки внутри выдегенкхо треугольника характеризуют все повреждения (дгмны и положения возможных пробоин) к того отсека Точки внутри выпаленного параллелограмма характеризуют асе поврежлемия грулты отсеков i|km 126 О Мал^я ^спитчииасть Что кто тем» 3 (Оижлалт с или*жиоы/'
ГНАЛА в ЧТО ТАКС* ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО? о»ок> или группы смежных отсе*ов 1 - двнсгви»©пы1ые знании*. 2 - прынвтыв в Правелак отсеков) была достаточной Для этого достигнутый вероятностный индекс деления судна на отсеки А должен быть не меньше требуемого R, • чтобы обеспечивалась удовлетворительная аварийная посадка и ос- тойчивость при затоплении заданного числа отсеков (одного, двух или трёх - в зависимости от судна) при получении расчётной пробоины. 6.7.2. Вероятностная оценка деления судов на отсеки Уровень аварийной остойчивости судна определяется достигнутыми при проектировании вероятностными индексами деления на отсеки: А - при получении бортовой пробоины вследствие столкновения или навала, Ал(педовыи| — при получении бортовой пробоины при плавании в ледовых условиях Допустимая степень деления судна на отсеки определяется требуемыми индексами деления на отсеки Я и Я„, то есть должны выполняться условия: А>Яи А„>Я, Л и», и» 'По »г> ’ (Д«лх)г« с 127
ГЛАВА в. ЧТО ТАКОЕ ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО? Требуемые вероятностные индексы деления на отсеки определяются по формулам в зависимости от длины судна и количества людей на борту (для пассажирских судов). Например, для пассажирских судов Ls + (tf/4) + 375’ где N=N,+2N2 N, - число людей, обеспеченных местами в спасательных шлюпках из общего количества людей, предусмотренных для нахождения на борту судна в рейсе. Ыг - число людей (включая экипаж), которых разрешено перевозить на судне в превышение числа N,. Для грузовых судов (за исключением судов, перевозящих радиоактив- ные материалы) требуемый индекс деления на отсеки определяется по формулам: Л = = (0.002+0.0009Z.t)vl при L, >100 м ЛжЛ- = |----7—в ~ !+-=*-•- I® I00 1-Я,,, при 80 м < L,< 100 м. L, - наибольшая длина судна, определяемая как указано в Правилах Рис.6 24 Требуемый индекс деления на отсеки для грузовых судов Требуемый индекс для грузовых судов представлен на рис 6 24. Требуемый вероятностный индекс деления на отсеки применительно к ледовым повреждениям определяется по формуле но не менее 0,87. 128 Ю. Мчав Что »п щи» ? Дйвлато с каптнмч •
глава ню гак(ж хорошо н что тлкое плохо? Достигнутые вероятностные индексы (А и AJ определяются по формулам: A=EWS и A=ZWnS, где IV - вероятность затопления отсека или смежных отсеков при полу- чении бортовой навигационной пробоины, lVn - вероятность затопления отсека или смежных отсеков при получе- нии ледовой пробоины, S - вероятность сохранения судна при затопления отсека или смежных отсеков. Например, для грузовых судов вероятность сохранения судна S для любого случая затопления при любом допустимом в эксплуатации случае нагрузки неповреждённого судна определяется по формуле: г-С7О.5/жМг, где С=1, если 0,< 25°; С=0, если 0,> 30°; 130-0, 5 если 25°< в,<30°; lm - максимальное положительное значение плеча диаграммы статической остойчивости в пределах 04, но не более 0.1 м; у - протяженность, град, положительного участка диаграммы I статической остойчивости повреждённого судна с учётом угла заливания, I но не более 20°; в, - угол крена в конечной стадии затопления (до спрямления), град. Значение S принимается равным 0. если в конечной стадии затопления I (без учёта спрямления) нижняя кромка отверстия, через которое I возможно прогрессирующее затопление судна, погружается в воду. Для численных расчётов этих индексов в Правилах приводятся соот- | ветствующие формулы. Так как при расчёте достигнутого и требуемого индексов заложено мно- I <го допущении, их следует рассматривать не как действительные вероят- мости выживания, а скорее как числа, зависящие от основных влияющих факторов, примерно пропорциональные этой вероятности. Использование вероятностного индекса позволяет конструктору на стадии I проектирования корпуса так расставить водонепроницаемые переборки, I чтобы обеспечить возможную наибольшую вероятность выживания судна в I случае аварии £) UiKiю Чро ♦го Г»кДО > с «^ЛЙПВмОм/ 129
ГЛАВА в что такое хорошо И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО’ 6.7.3. Требования к посадке и остойчивости поврежденного судна О Правилах, прежде всего, говорится, что остойчивость неповреждён- ного судна во всех эксплуатационных случаях нагрузки, соответствующих назначению судна (без учёта обледенения), должна быть достаточной для того, чтобы были выполнены требования к остойчивости повреждённого судна.' Расчёты, подтверждающие выполнение требований Правил, долж- ны быть произведены для такого числа наихудших в отношении посадки и остойчивости эксплуатационных случаев нагрузки, такого расположения и размеров повреждений, чтобы на основании этих расчётов можно было иметь уверенность, что во всех остальных случаях состояние повреждён- ного судна в отношении аварийной остойчивости, остаточного надводного борта, отстояния от аварийной ватерлинии до отверстий, через которые возможно распространение воды по судну, и углов крена будет лучше При этом должны учитываться: • действительная конфигурация поврежденных отсеков и их коэффициенты проницаемости; • характер закрытия отверстий; • наличие промежуточных палуб, платформ, двойных бортов, поперечных и продольных переборок, водонепроницаемость которых такова, что эти конструкции полностью или временно ограничивают распространение воды по судну. Размеры повреждения Правила оговаривают размеры повреждения при котором должна проверяться аварийная остойчивость: • длина пробоины - 1/3L,и или 14 5 м (в зависимости от того, что меньше)*; • глубина пробоины, измеренная от внутренней поверхности наружной обшивки под прямым утлом к диаметральной плос-кости на уровне самой высокой грузовой ватерлинии деления на отсеки - 1/5 ширины судна; • протяженность по вертикали - от основной плоскости неогра-ниченно вверх В зависимости от назначения и длины судна число затаплива-емых от- секов должно быть 1 или 2 (оговаривается в Правилах). Требования к посадке повреждённого судна Аварийная ватерлиния до. в процессе и после спрямления должна проходить, по крайней мере на 0 3 м или О 1+(L,- 10)/150м (в зависимости * Другими словами это означает. что критические возвышения центра тяжести сурна должны рассчи п.1ЫТъся с учетом аварийной остойчивости 130 Ю Ммоо ТЗггойжмостя Что m гач» ? Цмлсги с «атытаномт
ГПЛВА t что тлхое ХОКЫО И ЧТО ГЯЛОГ плохо ’ от того, что меньше) ниже отверстий в переборках, палубах и бортах, че- рез которые возможно дальнейшее распространение воды по судну. Для непассажирских судов допускается вход в воду палубы переборок и даже открытой палубы Требования к остойчивости повреждённого судна В Правилах 1995 г. впервые появились раздельные требования к остом чивости судна в конечной и в промежуточных стадиях затопления Начальная метацентрическая высота судна в конечной стадии затопления для ненакренённого положения, определённая методом постоянного водо- измещения. должна быть до принятия мер по её увеличению не менее 0.05 м. Для непассажирских судов по согласованию с Регистром может быть до- пущена меньшая положительная метацентрическая высота Угол крена при несимметричном затоплении не должен превышать: 20" - до принятия мер по спрямлению и до срабатывания перетоков; 12° - после принятия мер по спрямлению и после срабатывания перетоков Если в результате расчёта непотопляемости в конкретном случае получится угол крена, превышающий 12°, конструктор должен предусмотреть меры по спрямлению судна (например, затопить пустую цистерну с противоположного борта) и показать, что в результате этих мер угол крена не будет Рис 6 25 Мииимппьно До'-'устимы» рмгряммы статической и пинаыимвоой остойчивости а конечной сталии СИМЧШРИМНО'О затопления превышать 12°. Диаграмма статической остой- чивости повреждённого судна должна иметь достаточную площадь участков с положительными плечами. При этом в конечной стадии затопления без учёта срабаты- вания перетоков, а также после спрямления судна необходимо обес- печить протяженность участка диаграммы с положительными плечами (с учётом угла заливания) не менее 20°. Максимальное плечо диаграммы статической остойчивости должно быть не менее 0.1 м в пределах указанной протяженности, т е в пределах до угла крена, равного статическому, плюс 20°. Ю Мамае Огтайчмаос ГК ММ мб тллол Р Дныс/и С 131
Площадь участка диаграммы с положительными плечами в пределах указанной протяжённости должна быть не менее 0.0175 м рад. Рис 6.26 Минимально допустимая датаграмма статической остойчивости в конечной стадии несимметричного затоппении В промежуточных стадиях затопления максимальное плечо диаграммы статической остойчивости должно быть не менее 0.05 м, а протяженность положительной её части - не менее 7°. Рис. 6.27 Минимально допустимые диаграммы статической остойчивости в промежуточным стадиях затопления А симметричного и В - несимметричного На рис. 6.25-6.27 иллюстрируются эти требования
7 ГЛАВА ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ И НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ 7.1. ФОРМА ИНФОРМАЦИИ РОССИЙСКОГО МОРСКОГО РЕГИСТРА СУДОХОДСТВА Для обеспечения остойчивости судна в эксплуатации на каждое судно должна быть выдана одобренная Регистром Информация об остойчивос- ти, содержащая следующие материалы • общие данные по судну; • характеристику выполнения судном критериев остойчивости и указания относительно безопасности судна против опрокидывания, вытекающие из выполнения требований Регистра к остойчивости; • рекомендации проектанта по поддержанию остойчивости судна и другие указания по безопасной эксплуатации; • данные об остойчивости по типовым, предусмотренным заранее спучаям загрузки; • пояснения и вспомогательные материалы для обеспечения оценки остойчивости при возможных в эксплуатации, но не предусмотренных заранее случаях загрузки. Информация должна содержать указание о том. что удовлетворение требованиям Части IV «Остойчивость» Правил не освобождает капитана от ответственности за остойчивость судна в эксплуатации. Общей целью снабжения судов Информацией об остойчивости является помощь капитану и контролирующим организациям в поддержании доста- точной остойчивости судна во время эксплуатации в соответствии с тре- бованиями Правил, а также в условиях более тяжелых, чем это предус- мотрено Правилами В Правилах даются инструктивные указания по составлению Информации Ю Мико* Остойчивость... Мо это тлкое* (Змыо™ с ллпнюсн)' 133
гплла г инаормлиионное обеспечение остойчивоспг и непотоапяеыосги об остойчивости (Правила классификации и постройки морских судов, часть IV. Приложение 1). Материалы (п.2 раздела 7.1) должны включать характеристику остойчи- вости судна и четко сформулированные ограничения, вытекающие из требований Правил с учетом особенностей данного судна, а именно: • перечень критериев остойчивости, которые требуется выполнить для данного судна; • указание на критерии (или критерий), лимитирующие остойчивость суд- на, в том числе на критерии аварийной остойчивости, если они оказы- ваются лимитирующими для остойчивости в неповрежденном состоянии: • указание на то, что критерии остойчивости Правил не учитывают воз- можного смещения груза, поэтому для предотвращения смещения груза следует руководствоваться документами судовладельца, регла- ментирующими раскрепление и укладку груза; • конкретные ограничения по загрузке судна, вытекающие из удовлет- ворения требованиям Правил (например, допустимый вес, положение центра тяжести, габариты палубного груза, допустимое количество рыбы на палубе и др.); • конкретные указания по порядку расходования жидких грузов и бал- ластировке судна в рейсе с пояснением условий, исходя из которых, следует руководствоваться этим порядком (требования к остойчивос- ти, посадке, аварийной остойчивости), • ограничения и указания, которые необходимо соблюдать для обеспе- чения остойчивости судна а неповрежденном состоянии такой, чтобы требования Регистра к аварийной остойчивости и посадке судна удовлетворялись, если они обязательны для судна; • рекомендации капитану по поддержанию достаточной остойчивости судна. Большую часть по объёму документа составляет информация по типо- вым случаям загрузки. Она представляется на специальных бланках. На бланке дается: • словесная характеристика типового случая; • эскиз судна, показывающий размещение главных статей нагрузки, включаемых в водоизмещение; схема и указания по размещению палубного груза; сводная таблица типовых случаев загрузки, включающая: • наименование случая загрузки; водоизмещение; • параметры посадки судна (осадки носом и кормой на перпендикуля- рах. средняя осадка, дифферент); • положение центра тяжести судна по высоте, длине и ширине; О ТХтоичжегь что зги гам» ? йТзалоч» с «атвгачм» 134
глава z ин®ормл«ио»»«Э£ Обеспечение остойчивости и непотопляемости • поправка на влияние свободных поверхностей к начальной метацент- рической высоте; • момент массы судна по высоте или возвышение центра тяжести судна с учетом влияния свободных поверхностей; • допустимые значения начальной метацентрической высоты или мо- мента массы судна по высоте, или возвышения центра тяжести судна; • значения нормируемых параметров диаграммы статической остойчи- вости; • угол заливания через отверстие, считающееся открытым в соответст- вии с Правилами Материалы для самостоятельной оценки капитаном остойчивости суд- на В материалы должны входить: •диаграммы контроля остойчивости (кривые допустимых статических моментов по высоте массы судна или допустимых метацентрических высот, или допустимых значений центра тяжести судна) в зависимости от водоизмещения (или дедвейта, или осадки судна). Диаграмма мо- жет включать не одну, а несколько предельных кривых для различных режимов эксплуатации судна (например, для судна без палубного груза; с грузом, при перевозке одного или нескольких ярусов контей- неров на палубе) Предельные кривые должны быть рассчитаны с уче- том требований к аварийной остойчивости и посадке, если эти требования обязательны для судна; • данные, необходимые для определения массы, положения центра тя- жести для жидких грузов; • таблицы поправок на влияние свободных поверхностей жидких грузов к начальной метацентрической высоте и плечам восстанавливающего момента; • данные, необходимые для подсчета массы и положения центра тяжести перевозимого груза Для этого могут быть приведены кривые вместимо- сти трюмов или схемы расположения грузовых помещении судна с указа- нием координат геометрических центров объемов зависимости от уровня заполнения в принятой для Информации системе координат Для пере- возки контейнеров должен быть приведен план размещения контейнеров, потъзуясь которым, можно подсчитать массы и положение центра тяжес- ти груза контейнеров в предлагаемом случае загрузки; • диаграмма или таблица осадок носом и кормой (на перпендикулярах) в координатах водоизмещение • статический момент массы по длине судна, а также среднюю осадку судна по водоизмещению. Суда, на которые распространяются требования Части V «Деление на отсеки» Правил Регистра должны быть снабжены одобренной Регистром «Информацией об аварийной посадке и остойчивости судна при затопле- нии отсеков». Эта Информация должна позволять капитану учитывать Ю А&мое Ссгийчмвдегь Что »то тляое9 (francr* с ллмта-о*)' 135
гллал г 1^Фо^мАцио>^юе омспечение остойчмвостм и нелотоплжмосп) при эксплуатации требования, связанные с делением на отсеки, и оцени- вать состояние судна при затоплении отсеков для принятия необходимых мер по сохранению повреждённого судна Информация должна содержать: • сведения о судне, схематический чертёж его продольного разреза, планов палуб и двойного дна, а также характерных поперечных сече- ний с указанием всех непроницаемых переборок и выгородок, отверстий в них. характера закрытия этих отверстий и приводов, а так- же схемы систем, используемых при борьбе за живучесть судна; • сведения, необходимые для поддержания остойчивости неповреждён- ного судна, достаточные для того, чтобы оно могло выдержать самое опасное расчётное повреждение; инструктивные данные по загрузке и балластировке судна с рекомендациями по целесообразному распре- делению грузов, запасов и балласта, одновременно удовлетворяю- щему условиям дифферента, остойчивости и прочности судна в цепом; • диаграмму предельных возвышений центра тяжести судна (предель- ных моментов или минимальных метацентрических высот), построен- ную с учётом обеспечения требований к непотопляемости; • сводку результатов расчётов симметричного и несимметричного затоп- лений, в которой должны быть приведены данные об исходной и аварий- ной посадке, крене, дифференте и метацентрической высоте как до, так и после принятия мер по спрямлению судна или улучшению остой- чивости, а также рекомендуемые меры для этого и необходимое время Должны быть приведены характеристики диаграмм статической остойчи- вости для худших случаев затопления судна; • сведения по конструктивному обеспечению деления судна на отсеки, использованию устройств для перетока воды и аварийных средств, а также, вытекающие из особенностей данного судна возможные последствия затопления; рекомендуемые и запрещённые действия экипажа при эксплуатации и авариях судна, связанных с затоплением Информация об аварийной посадке и остойчивости должна быть состав- лена по данным Информации об остойчивости судна Её допускается вво- дить в Информацию об остойчивости неповреждённого судна в виде отдельного раздела 7.2. ОСНОВНЫЕ НЕДОСТАТКИ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИНФОРМАЦИЙ Исторически сложилось так, что «Информация об остойчивости» и «Ин- формация об аварийной посадке и остойчивости» оказались двумя раз- ными документами, хотя, по сути дела, они информируют капитана об од- ном и том же; о посадке и остойчивости судна Только в одном случае кор- пус судна не повреждён, а в другом - некоторые отсеки судна заполнены водой. Так как в Информации об остойчивости всё равно критические 136 Ю Мао* Ог-ай —пгть .. Чгр pro пт > Амлопа с ыптмгмГ
Г ПАОЛ 7 ИНФОРМАЦИОННОЕ 06ЕСЛЕЧЕНИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ И НЕПОТОПЛЯЕМОС ГИ возвышения центра тяжести должны приводиться с учетом аварийной остойчивости, логичнее было бы дать капитану единый документ.* Существующие Информации обладают рядом недостатков. Один из главных, на наш взгляд. — дискретность случаев нагрузки, при которых проверяются остойчивость и непотопляемость. В процессе разработки Информаций вначале составляют инструкцию по приему и расходованию грузов и запасов, затем, пользуясь этой инст- рукцией. определяют водоизмещение и координаты центра тяжести судна в разных случаях нагрузки**. Кроме предписанных Регистром, обычно рассматривается ряд случаев нагрузки по требованию судовладельца. Ряд случаев может выбрать по своему усмотрению проектант. Всего, таким образом, набирается 15-20 вариантов нагрузки. Для выбранных случаев нагрузки подсчитывается остойчивость неповреждённого судна и, если она удовлетворяет требованиям Правил, Регистр согласовывает документацию об остойчивости. Однако в процессе эксплуатации судна капитану приходится сталки- ваться с самыми неожиданными вариантами нагрузки, предусмотреть заранее которые невозможно. Особенно это касается добывающих, обра- батывающих и приёмно-транспортных судов рыбной промышленности, так как нагрузка этих судов во время рейса изменяется в самых широких пределах в зависимости от промысловой обстановки. Для всех случаев нагрузки, отличающихся от приведенных в Информа ции, капитан должен сам определять остойчивость судна, пользуясь реко- мендациями Информации. Для неповреждённого судна это можно сделать, подсчитав водоизмещение и координаты центра тяжести судна и сравнив фактическое возвышение ЦТ с критическим При проверке непотопляемости дело обстоит значительно сложнее. Необходимо проверить непотопляемость не только при различных вариантах нагрузки (15-20 вариантов), но и при различных вариантах за- топления, когда затопленными могут быть как единичные, так и смежные отсеки, а само затопление может быть симметричным или несимметрич- ным, трюм в момент затопления может быть пустым или загруженным и т.п. Таким образом, набирается порядка двадцати вариантов затоплений, то есть порядка четырёхсот расчётных случаев Но и тогда нет полной уверенности, что при другой загрузке или другом варианте затопления аварийная посадка и аварийная остойчивость будут не хуже На практике просчитывается гораздо меньше вариантов. Конструктор по своему усмотрению выбирает несколько вариантов загрузки, по его мнению, наиболее опасных, и просчитывает их с учётом отсеков, затопление которых ему представляется достаточно вероятным и наиболее опасным. Результаты 'Сейчас такан возможность Регистром допускается "См п. 6.6 О Мзясе Остогчиеость что »го такое ’ ^иа.-оги г кали-а-сл,, ’ 137
ГПАВЛ Т ипФОе’ЫАц>К>гпЮС ОБЕСПЕЧЕНИЕ остойчивости И НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ этих расчётов и приводятся в Информации об аварийной посадке и остойчи- вости При других случаях нагрузки или затопления капитану в условиях ава- рийном обстановки невозможно самостоятельно выполнить расчет посадки и остойчивости повреждённого судна, так как эти расчеты настолько громозд- ки, что в настоящее время проводятся обычно с помощью ЭВМ Всё сказанное позволяет сделать вывод о том. что существующая форма Информаций, особенно Информации об аварийной посадке и остойчивости, достаточно удобная для Регистра, чтобы судить о судне при выдаче на него документации, мало пригодна для оперативного использования в море. Очевидно, более логично было бы иметь единый документ, информирующий капитана о посадке и остойчивости во всех случаях жизни судка. 7.3. ЕДИНАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ПОСАДКЕ И ОСТОЙЧИВОСТИ НЕПОВРЕЖДЕННОГО И АВАРИЙНОГО СУДНА В конце 70-х годов на кафедре теории корабля Калининградского техни- ческого института рыбкой промышленности и хозяйства (ныне - Калинин- градский государственный технический университет) была разработана новая форма Информации о посадке и остойчивости судна, объединяю- щая в себе как Информацию об остойчивости, так и Информацию о непотопляемости (Единая Информация - ЕИ). Она была разработана как типовая для судов флота рыбной промышленности и соответствует всем требованиям Правил Регистра к Информации. Однако в некоторые разде- лы включены графики и номограммы, упрощающие и облегчающие самос- тоятельные оперативные расчёты Рассмотрим их подробнее 7.3.1. Разделение нагрузки судна на укрупненные статьи А,: Несмотря на то. в Информации приводится обычно много типовых случаев нагрузки, текущая нагрузка, как правило, не совпадает ни с од- ним из типовых случаев Поэтому капитан должен ежедневно самостоя- тельно оценивать остойчивость своего судна. В Главе 6 мы уже вспоми- нали, как это делается - необходимо постоянно следить за изменением нагрузки судна (его водоизмещения и координат центра тяжести). В Таб- лице 7.1 приведен образец таблицы нагрузки рыболовного судна (приве- дены массы всех запасов и грузов при 100% заполнении). Обратите вни- мание на то. что эта таблица содержит более восьмидесяти (!) различных статей нагрузки. Заполнение такой таблицы весьма трудоёмкое депо. При этом не исключены арифметические ошибки. А так пи уж важны все эти статьи нагрузки? Какой вклад в общую наг- рузку даёт каждая статья? Может быть, есть «более важные» и «менее важные» статьи? Посмотрите на рис 7.1. На нём представлено изменение отдельных ста- 138 О 'Осгай нйость... Что эю такое* (Рнавогм с
глава ’ инФОР/АлииотАЮС оысгччение осгоячивости я нт потопляемости теи нагрузки того же сурна примерно за 2 года эксплуатации. «Провалы'* в графиках означают, что судно в это время находилось в порту Обратите внимание на то. что львиную долю всей нагрузки составляет судно порожнём и постоянные грузы. Из переменных статей нагрузки наиболее значительны две - топливо и рыба. Именно они в основном определяют изменение остойчивости судна Остальные переменные статьи нагрузки гораздо менее значимы, и их в первом приближении можно принять постоянными, а можно и несколько уточнить В соответствии с этим предлагается всю нагрузку судна разделить на несколько условных укрупнённых статей Основные запасы (ОЗ) Сюда включаются запасы, размещённые в самых крупных цистернах. Обычно это дизельное и котельное топливо Для этих цистерн специальной инструкцией предписывается определённый (наипуч ший) порядок приёма и расходования запасов (он имеется и в существую- щих Информациях, рис. 7.2). Основные грузы (ОТ) Сюда входит груз мороженой рыбы в картонной таре расположенной в трюмах и твиндеках. Для этой статьи также разраба- Таблии нагружи Таблица 7.1 Б ATM пр 1288 *К-н С умждя®«сжи** ЗАОКРК "ЗапраЛа' С/туча j нагрузки N81 РыДаГмА 1 12200 1004 М 1 __ 1 «ЯИЦТ *4В*и Кд ы Ув 7л аа Ml, Т И б*»Ш.1 П Ma iw Му w В144* ИА 1 Mr тм А 11 ДМ.дп *А4 att OjM ’*» 1» * : С ДТ а д*- ЭМА М» ОМ 14* А •Й4 114MJ 44 4414 > ДГ > *5-44 «01 11* !»м ОМ 4 Т 1 .«• 141 ИЧ«> ИМ | М ’ 41 Т ДМ ПБ 54.7 ом 414 4 71 11| ПИ» -«2J 4Т ‘ ДГ Д4ММ тув М4 пм “• ’L 1 4» •I Я1 »гл ••1 11 7 ДГ4 4АВ-Л М и* (1АА 4.4* •• 411 * >11 ш. аг * и: 44 т 44 7 о,м 'a t 414, • »1 I ГА 1 '•* 4 Я» А 47 1 «01 М «• ОМ mJ • м -4Ы1 • М J 1 I гы» в* дг 'И. М2 0» •4J4 3.341 1.»Л И’ ГВТ» ДГ 1П,МГ»ц01. ТБ r.i ом( IH •0*1 -4»| • м 1П1 ' -14 1Л.1 ДГ Н ВЬ •ом М1 м г *’*1 •41Л • 44 •НИ •AI »и дна. г* 1*411. гм гм см 1*4 •ОА| 1 ТЧ 1«1 -МАА SU ДГ и, М 1*401 jt Г* I* * •4 М -»«I1 :м и»: и г t ч ч •»' мд 14 Л>4И ЬИ А М ' 1 J11 А МА ДМ?, 1<М.О(М« V Чих НМЛ» wr wqiF.rH. •* ’1»Л ••••!»• '«VMM •JJ 22 0М| <» а 1* МП 4*4*1 •а-И мм I • ь М •412 1Щ1Д MS * гл 1W 141.4 11А **М R А^’ ыгм.г» 7* паж £4* м 11 • JbTJ *74 НА ДС2 УМ* «г « м. — •,,м I’i, *11 1 ’ " ДС) 10* ’«Рм» дп 22.5 ОАЭ и J9 -4*14 -|Л ДС4 У» 19 ГА* »Ь ч« •>4. М> 421 2*4 • 114 МЛ В* ДСШ IA41MHA* — »» ПАХ .и * •** »ь а Гм! NI ЗА* ДС-4.Т7АА2 Г* « М 0AJ -1 4» * 19 -443 -2.J 114 1Ч..ДС. —м ДГ шив ЛЬ « • 0AJ « 11 .1*4 -4« 14 ДСЛпаА£Г H.'-WUu Ъ •« Mi ом м -»Л1 им • 114 IJ-1 Hif«- 'Ютйи 102.4 • ГАМ в ял • 1Мв/ 4Ш мм Ю Мжов Ос । гь что яга мяое ’ (Ркал/жя с ллпигачзы)' 139
гплвл г имаарылпиотактс овесгичтнне остойчивости и пспотоппяеиости Окончание Таблицы 7-1 &вМГ4«аО •* IV J ОмжО»1 MiO’uai 'И* 2S А 25Д аом 1" и» Н ад* -M2J »•* « гм. w <-м; аг> ’-• ч*1 лс ]4 • 14.» BKJ 1 И п t 44» • >— «»дг *»М^. 1». м аЮ U 11X1 3J1 «1 41.4 О'?***»« |7М*г Г>Б 7 г ос$ ад *11 *3 1 НО ’ • Ц«*«К« ttiXOVrtWa* ад • • Ц1К1 ТА |адм 403 « 10 -1*1.1 ».!• .чг*’ пои®»»» *4 м О.ОПЭ УЛ -1А.9* м» Я4О -1391 1.0 1И' «••••«• >«<«<«< ОМ *«М W «г 1 7 1.7 0.00» ад X «М им зад 0.4 >>* й«*.*«га цмша^а till- С14Ь£' ’ 12 1*0 **• М ’.«» L1 WA 0 0» Mi ад lit Оо«СЖ1 tMMM«Wil0*7 ДП Ki!? U*i $6 0.» 0.Ю1 • 9 14 М> •*Д ♦‘21 ’А _Л-” •V «7» ЧДЛ м It >•* -«*• *-'' "ЛУ rv*. м $*•» ~ ФЛ ад 0.В0» ад 4.» 11J7 «а и 14 ’’•к» W' aw* «мало ДГ * Van V* ur ад ад адов • ’ •МА* <01 ОМ • • 10,0 м <0 и.» «и» . 1 Киа/VM •->!* м 7 7 г— •»• 99'Md' r>G ад । • • •м 3170 «м •ч 14 2 «> •»J M-M авт ПО 7 t 7.7 7.1» п»о 4Л мл 9026 «I И ' 0*0 «'«Ал* • !«*• 14 5 7Я -71Я АЖ 9ЖК Ml 7 .* 2 Г>аам** чма* ШМвмаОрШ 47-47 l«?n*l ГМ- 3U4 а 15» 4М« 1к*и*м ' «Г» 4’ *«?»*, ТБ ТА ТА • 7.0 14» 307 >11Д »И 14*0 «А» >373 П4,0 гнамаш1><« 12*7 1.<*г сё 13.1 151 1».1 14j« ОАО «к 223 4 M.S >ма»мм1В 1 « 47 'I ит »<- 1ТД . ч» п» «• 'М <•’ млм« а<Ма* 9Ы22 *М ui 74 ад • юо 1АМ НО 24» 047 •ло «м» ТЯЛ» V» 2200 79 9 4М0 — |»» '«И» 14Ж |А» цима *Z»*<*ua ДП 1? > • 17J 4fc® ом 230 лжа •А »• -»Ч—Г-—'-» »••"« 1 1 '• 1 ч 1»40 04» ом О <4 0А *• «м——— '—ап •» «•- 1 • 1,» 1 -2140 ом ом МО •« 14 jlX-t a*%«>i аоа ТБ 104-19$ iwi 3fc J 1Ь» 1 зад »» 22* 216 •«1.2 вг ”А 10м» Г«мм-к»«| «««и tan мчи ПЬ»$» 90? «г 4 7 1 • 7 МО ад 1 м •М.4> лм • хп И »аг« ара а» (*н *а»ш J0.I »тм 00) 7 04 1М« па •и itf «МП •*»•• млат «а •7М!В яс? 011 100 1ПШ 14Я» 4О*Б1 , £И1 .Ци.|»Н...^-Ч-2 1 200С OJC н? ызад ” 5MU pa^V Tna^^W » » ZMJ 1» 1 71ft Я ом мг •ио “~л"‘ •-»~ -1 «к 1 460Д 4» 030 л» Э407Д СО 2711.3 >5*0. му* • 'ф* Ю1Пм*> л» 1. ЭТК'Г 0 м МОПС го ’•ж.п ииоаи*^**** IJ»1Mur 7». ?ч 2fc С 4140 адо 14» £ гл» ь Тана* iat—* ••» 92М26 *< М1 м.9 ОА »i 4С« -014 441 А133 -со м.о "I -, уЯ»*ч~ шма*«*М. ’7» »M «л 10.1 ОА Ц -40 W 0 ЗБ 177 А с* Ст.» **’*а*р«Мо •«*>, мж.*у* мзад ОАО адо • 12 l^pai I ia»<pyi ,*•• №, « МО 0» 1М)0 ад И1О 15.0* 15А 15» -2301 -1» ЗЛ мь. -173 122.4 смм и • •»» t <Г"И<О '•« 1 1 >уо * 4» -I гм 11 1 11» ан»' 01J 1«А йуАа.-^«Ш2ДП 1Г ’2 , 12Д пм -Мес оа uno ||Ма1«аЯ1№ Л I1 14Я и 1 •040 «X. .7 -4М .м ом зад » • 1 201 , ЯМо а «тара* *•*»•’ • 7 < I упжа пч~« ***** 1 40 и МЛ ом »«зад со мин U 1 мэ 21 4С ОИ Я2.0 CL® 114 4 1«—и,р»-« од ад» •Mi «« «ад И»«М W*M4Maa*a*pH хи.» 170* ом ип. ЛЛ1 1М 1037 0 И*«* W* 1ГМ« * .00 001 им 1№1 |ад 00400 чм^ал-паст Д” •ад ton. мп 44 4П ом 0.11 ЗЖЮ.1 00 %43Ц ДО над 1.0М 37К пм ГМ Mblk Cd МЛ 6 дт> t4 > И1 102S кт. 1» п. ШЛА |»г М.5 ДМ М 7 М 7 1,ПЯ Ml И и •ш 1»1 14И.5 м* - ч ЯМ МА 1 Wk таг 140 07» 1U) 1 ио МО ДТ4 «» 1Ю1 • О» от» ззад -МО М.4 *>•» fa*.**! гаю >1,м ОМ П0М.2 0.4 моею СОааамп мм.о ТМ1.0 хоа ом 11А0 г» «м 1 •А 04 20>М) 4ММ 1 СуДМ>'ЧЖПММ Судив • тру» •4,(3 з,м U.(ПО 0021 -17М2.6 ПМ20 0.0 1W6 140 Ю. Л*л«ив Фсгойнмосг» Что »то талое ? Qaanora с ыататанолт)
гплм 7 инаюрмлциоиное обеспечение остойчивости и непотопляемости БATM 6130 ‘ W Рис 7 1 Изменение нагрузки судна в репсе Ю Мл^ое Х>гг<»»миеосп. что ото тамж ' ^аяопл с яапмто^оч) ’ 8611'10 8601 10 86 60 40 86 80 Ю 86 Z0 Ю 86 90 10 86 90 Ю 86 ГО Ю 86 СО Ю 86 20 10 86 10'10 /6 2110 Z6 И Ю Z6 01 10 /660 10 Z6 80 10 Z6 Z0 Ю Z6 00 10 Z6 90 Ю Z6 Ю 10 Z6 СО Ю ze го ю Z6 ю ю 96 21 Ю 96 И Ю Сутки рейса 141
чтава / инРОРНАилопмок оыа»ч1нт остойчивости и нЕпотоппякмосгм тывается определённый (наипучший) порядок погрузки и разгрузки (рис. 7.3) Зависимые запасы (33) Сюда могут быть включены статьи нагрузки, которые могут в первом приближении рассматриваться как зависимые от основных запасов Например, смазочное масло. Можно допустить что если топливо подходит к концу, то и смазочное масло подходит к концу (рис 7 5) Зависимые грузы (ЗГ). Суда включаются грузы, которые можно считать прямо или косвенно зависящими от основных грузов Можно считать, что количество рыбной муки на судне прямо пропорционально количеству переработанной рыбы, а количество тары - обратно пропорционально. То же можно сказать о консервах и рыбьем жире (рис 7 6) Постоянные грузы (ПГ). Сюда относятся: • судно порожнем; • экипаж с багажом; • промысловое оборудование и вооружение; • запчасти; • провизия; • вода, если на судне есть опреснительная установка; • судовые запасы, расположенные в малых цистернах. • рыба в технологическом процессе: • все грузы, не учтённые в первых четырёх статьях. 7.3.2. Порядок приема и расходования основных судовых запасов, загрузки И РАЗГРУЗКИ ТРЮМОВ Порядок приёма и расходования жидких запасов весьма существенно влияет на остойчивость судна, поэтому в Информации подробно олисы вается рекомендуемый (наилучший с точки зрения посадки и остойчивос- ти) порядок приёма и расходования этих запасов. Как правило, расходо- вание жидких грузов начинается с наиболее высоко расположенных цистерн При этом следует обращать внимание на необходимость обеспе- чения судну приемлемого дифферента. Приём жидких грузов производит- 142 О Чпо «о глям? фалла™ с шмкшмоы)*
ГЛАВ» 7 ИнфОРМЛ1>4С»#ЮГ оыспечениг остойчивости и непс тошьи мости ся в обратной последовательности. Так как приём жидких грузов - опера- ция более кратковременная, чем расходование, при бункеровке судна в необходимых случаях допускается отклонение от рекомендованного по- рядка. Как правило, запрещается расходование каждого вида жидкого груза бопее чем из двух цистерн одновременно (рис 7.2). Порядок приёма и расходования жидких запасов в мелких цистернах устанавливается администрацией судна При работе судна соблюсти раз и навсегда установленный порядок загрузки трюмов гораздо труднее, чем порядок бункеровки. Поэтому при расчёте нижней границы Графика безопасной загрузки анализируются Рис. 73 Рекомендуемый порядок погрузки и разгрузки громов и гвгидеив Рис 7.4 Рекоманоуемый передо» укладки рыбы трюма* и гамноака» различные варианты загрузки трюмов, и эта граница проводится как огибающая по всем вариантам. Это даёт возможность администрации, не нарушая безопасности судна, более свободно выбирать схему укладки Ю Ua*oe tVfiwiHBocn» это такал > Дла/тогн с млигаалхи/* 143
гллал 7 информационное овеслечение остойчивости и непотопляемости груза в трюмах Как показал ряд расчётов, изменение нижней границы ГБЗС будет незначительным при разумных вариантах порядка загрузки трюмов. Неразумный вариант - полная загрузка твиндеков раньше загрузки трюмов (рис. 7.3 и рис. 7.4). 7.3.3. Упрощенный расчет водоизмещения и координат центра тяжести Для всех перечисленных статей нагрузки рассчитываются графики за- висимостей статических моментов от количества грузов и запасов По- добные графики приведены на рис 7.5 и рис. 7.6 При этом делаются не- которые допущения, как правило, идущие в запас остойчивости Например, низко расположенная небольшая цистерна считается постоян- но пустой, а примерно таких же размеров высоко расположенная цистер- на - постоянно полной. Некоторые цистерны принимаются заполненными Основные мласы 16000 14000 12000 ! 1оооо g аооо g 6000 4000 2000 О О 100 200 300 400 500 600 700 600 900 |>ч! ы«|ч| । I |«| хчН г 1 150 а 100 g 50 а о : .so р -100 £-150 200 Завистшв запасы О 100 200 300 400 500 600 ТОО 800 900 iMllHinli IWHIOITl » I Рис 7.5 Основные и зависимые Основные грузы запасы л им статические моменты О 200 400 800 800 1000 1200 1400 [ тит [ [га* |твт твз Рис 7Л Освоение и зависимые грузы и их статические моменты на 50%. Всё это подбирается таким образом, чтобы полученная нагрузка была близка к реальной. Номера условных статей, на которые разбита нагрузка рассматри- ваемого судна, приведены в правом столбце Таблицы 7.1. 144 С Ма«ее Оспычивоси. Что эго гекс* ’ (Дмлпопв с аетыгыязм)
г мал > >»<фор»»а1Люнн(ж оыспчаниа ос1ончинос1и и не/югопыЕаюсти Теперь водоизмещение и координаты центра тяжести судна могут быть подсчитаны по формулам: М = М„+М +М +М>Мв+М, О ПОСТ 03 Ст 33 зг Х = (Mxa^xm,^x+MxiMx+Mxr)/M (7.1) д * О тост оз от jj ж* ' г Z= (Mz+Mz+Mz *Mz..+Mz +Mz )/М д • о пост оз от >> X' Упрощенная таблица нагрузки теперь будет выглядеть, как показано в Таблице 7.2. Упрошенная таблица «агрух«и Таблица 7.2 Судно с груюм рыбы Судно с 384 груза и с 664 мпассе УПО м’л Самос расндуп N» условных статей нетрузкн ГРУ» т 500.0 38 5 Запасы т УМ.О мч Стши МАГруМИ Масса, т «0- Ур •• Mr шм Му ты Основные ыпасы 766 Tl4 0 £.114 -1000 0 1480.0 Зивисхиыс млдсы 29.2871 20.6 5 0 131 603 8 0 зе Основные rpyiw 500 17 74 0 3 341 8870 3 0 16704 Завис«мыс 'Пу1ы 167.936 25 0 7.263 -41925 0 1219.7 4 Постоянные труУы 230? -5.43 0 6 587 •1249.2 0 1516 3 Судно порожнАи 36260 -4.71 0 7.33 18070 5 0 28044 6 Судне • труху 5463.4 -3.1 0 •Л •15295.7 0 33934.8 7.3.4. ГРАФИК безопасной загрузки судна Так как теперь вся нагрузка судна и связанные с ней характеристики по- садки и остойчивости в явном виде зависят только от двух статей нагрузки, то все они могут быть представлены в виде соответствующих графиков в координатах «основные грузы - основные запасы» (или «рыба - топливо»). Любая точка на этих графиках с координатами «рыба-топливо» отражает фактическое состояние судна. Систематически меняя количество рыбы и количество топлива, по Таблице 7.2 можно подсчитать М, Хд и 2д, а по ним - различные характеристики посадки и остойчивости На рисунках с рис 7 8 по рис. 7 17 представлены такие графики Точками отмечены типовые случаи нагрузки: 2 Выход на промысел с 0% груза и 100% запасов 3 Приход на промысел с 0% груза и 25% запасов 4 . Выход из района промысла для передачи улова со 100% груза и запасами, обеспечивающими осадку по грузовую марку. 5 . Возвращение с промысла с 20% груза и 10% запасов. 6 Возвращение с промысла со 100% грузов и 10% запасов Тогда на ГБЗС можно будет выделить следующие зоны (рис 7.7); А - зона, где посадка и остойчивость удовлетворяют требованиям Правил, Б - зона необеспеченной остойчивости; О Мвжив Осгойчмдесгь Wro жо галав ? ржа/юг* с налитайомГ 145
Г ПАЯЛ Г ИНФОГ>МЛиПОМПЛ оыаи^гии ОС/ОЙЧИ1КЖГИ И HtriOlUn.lHtUOCtH 146 Ю Мааоа Псгойчимсг» чю эю гакаа ’ сОмалагн с аагшгмзм)'
гплва j инФотчилиионное обеспечение остойчивости и непотопляемости О Matot "ОстоНчиоосп Что »п> гмо»1 Дихюк с илигмш/ 147
гпава z инФанмАииснног оьеспеченнг хто^чиаостиингпотопткиости Топливо, г Рис 7.11 Критические возвышения центра тяжести Zg^. м
ГПАВЛ 7 MNeORUAUMOf^Of ОбЕСЛеЧЕНЖ ОСТОЙЧИВОСТИ ИНЕПОГОЛЛЖМОСГИ Топливо, г I__Тр И»1 Тр»2 Т» М»1 1 шар ; T» Mi1.2 пир J Т« М»2 1 ,иар |т»№2.2швр Рис 713 Митяииитримлсжла nwcota h_. м О. Ммое XX гой-««<кг* 4>с эго гаш« ’ {Оиалоги с мжгахои/ 149

гллал 7 ннФсгмлеионное обеспечение остойчивости и непотоппяеиости Рие 7 17 Дифферент Л м «О Мак» 'Oerortweocr» Что >п tato* 7 g^tnom с «тпако»)' 151
гпава г инфопмсмонное обеспечение остойчивости и непотопляемости В - зона неудовлетворительной посадки (утоплена грузовая марка): Г - зона возможной погрешности при оценке остойчивости; Д - зона возможной погрешности при оценке посадки. Обратите сначала внимание на рис 7.11 и рис. 7.12. На рис 7.11 даны кривые критических возвышений центра тяжести. Этот график состоит из двух частей: левой (до полной загрузки трюмов №1 и №2) и правой (дальше). К: А почему так сделано? А: Я уже говорил, что для этого судна кривые рассчитаны с учётом аварийной остойчивости. Наиболее опасный случай затопления - отсек №4, когда трюм заполнен рыбой, а твиндек пустой (при затоплении трюма №1 аварийная остойчивость гораздо лучше, и зоны Б на рис. 7.7 вообще не существует). Но может оказаться, что и трюм, и твиндек - пустые или полностью заполненные Для всех этих случаев будут свои кривые Zg^. Если капитан соблюдает рекомендованный порядок загрузки трюмов и твиндеков, то трюм №2 заполнится только при общем количестве груза 430 т. Здесь надо ещё учесть характер груза: мороженая рыба в коробах. Плотность её обычно немного меньше плотности морской воды - если короб бросить в воду, он будет плавать Поэтому, если аварийный трюм заполнен не полно- стью и уровень влившейся воды не доходит до подволока трюма, то короба всплывут и будут вести себя как жидкий груз Влияние на остомчивос’ь судна будет точно таким же, как если бы коробов вообще не было (трюм был бы пу- стой). Следовательно, при количестве груза от 0 до 430 т надо брать случай -ТР. №2 - пустой». При большем количестве груза - «ТР. №2 - полный». Ес- ли во всех случаях брать вариант «Тр. №2 - полный, ТВ. №2 - пустой», то гра- ница необеспеченной остойчивости (зона Б) пройдёт, как показано пунктир- ной кривой 1 (рис. 7.7). При этом при малых водоизмещениях судно надо бу- дет начинать балластировать неоправданно рано Чтобы этого не делать, кри- вые критических возвышений центра тяжести сделаны составными. На рис 7.12 дан запас по возвышению центра тяжести, то есть разность между критическим и фактическим Zg. 6Zg = Zgv-Zg^f. (7 2) Там, где эта разность равна нулю, Zg^=Zg* и остойчивость судна в точности без избытка и недостатка соответствует требованиям Правил' Линия &Zg= 0 раз- деляет на этом графике зонд удовлетворяющие и не удовлетворяющие требова- ниям Правил. Аналогично рис 7.10 график SZg (рис 712) также состоит из двух частей. На рис 7.18 дан запас по водоизмещение ЛМ. то есть разность между водоизме- щением по грузовую марку и фактическим 6М = - М^,. (7.3) Наполню чю для этого судна рассчитаны с учетом аварийной остойчивости 152 Ю Илков Х>СТО1ЬчМККГЪ.-. ГЖЯСИ ♦ (ДиАЛСГН С «ДЛИтаном/
ГЛАВА 7 ИНФООМДЦИОНЧОЕ ОЬЕСПЕ'ЖНИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ И НЕПОТОПЛЯЕИАОСТИ Там, где эта разность равна нулю, судно сидит по грузовую марку. Там, где эта разность отрицательна, грузовая марка утоплена и судно перегружено. Обе эти границы нанесены на все графики. Такой график получил наз- вание «График безопасной загрузки судна» (ГБЗС). По этим графикам и предлагается оценивать посадку и остойчивость судна Кг Всё это очень хорошо. Но насколько можно верить этим графикам? Так как при составлении Таблицы 7.2 был принт целый ряд допущений, результаты будут неточными. А; Согласен с вами. Но можно ли назвать совершенно точными резуль- таты расчёта по таблице нагрузки (Таблица 7.1)? Думаю, что нет. На судне невозможно абсолютно точно ни определить массу грузов и запа- сов, ни их координаты центра тяжести. Хотя, конечно, результаты расчёта по таблице нагрузки (Таблица 7.1) будут более точными, чем по упрощен- ной таблице (Таблица 7 2). Можно поступить следующим образом. Проводились специальные иссле- дования, которые позволяют оценить, какие погрешности получаются на судне даже при самом тщательном замере жидких запасов, рыбы, генераль- ных грузов, определении координат их центра тяжести. Можно оценить пог- решности при разбивке нагрузки судна на условные составляющие Такие оценки были проведены и для рассматриваемого судна составили: • погрешность по массе - в пределах 80 -100 т (около 2% по М); • погрешность по возвышению ЦТ - в пределах 0 1м (около 1.5% по Zg) Рекомендуется на ГБЗС нанести границы, соответствующие этим погрешностям. На рис 7.19 представлен ГБЗС рассматриваемого судна с нанесёнными точками примерно за два года плавания (см. рис 7.1). Хорошо видны случаи, когда судно было перегружено или когда его остойчивость без жидкого балласта была не обеспечена Для самостоятельной оценки посадки и остойчивости в ЕИ приводятся различные графики, диаграммы и номограммы (см. главу 11). 7.3.5. Критические возвышения центра тяжести К: Ну, хорошо. Если на судне соблюдается предписанный конструктором порядок погрузки-разгрузки и бункеровки, то остойчивость можно оценить по ГБЗС. Но в море частенько приходится по-другому укладывать рыбу в трюмах (с учётом удобства последующей выгрузки). Как быть в этом случае? А: Раньше (несколько десятилетий тому назад) для проверки, удов- летворяет ли судно требованиям действующих Норм остойчивости, капи- тан после расчёта таблицы нагрузки обязательно должен был построить диаграмму статической (а иногда и динамической) остойчивости. Затем по ней определить 0т, 0*. рассчитать метацентрическую высоту амп- Ю Мав-оа Оспмчиюсгь Что 9го талоа » {Диалоги с литром/ 153
глаза г инаосмлаионное сжеспечениЕ остойчивостии непотопляемости литуду качки судна вг кренящий Mv и опрокидывающий М. моменты, т е рассчитать критерий погоды К Потом сообразили, что знать количествен- ные значения всех параметров вовсе не обязательно Достаточно убедиться, что все они не выходят за допустимые пределы. Нужен ответ не -сколько", а -да» или -нет». Так как все характеристики диаграммы остойчивости при данной посадке (А4 и Хд) зависят только от возвышения центра тяжести Zg, то можно следить только за этим параметром, чтобы контролировать все характеристики остойчивости Было введено понятие критического возвышения центра тяжести по данному параметру это такое возвышение центра тяжести, при котором рассматриваемый параметр в точности равен нормативному значению Поэтому можно говорить о Zg,.'’, Zg^*", Zg,p“", Zg^. ZgJ'. Минимальное значение Zg из всех частных значений и даст критическое возвышение центра тяжести для данного случая нагрузки. При таком возвышении центра тяжести один из нормируемых параметров будет в точности (без избытка и недостатка) удовлетворять требованиям Норм, а все остальные параметры будут удовлетворять с избытком Именно это значение и должно приводиться в Информациях об остойчивости. На рис.7.20 представлены критические возвышения центра тяжести, рас- считанные по всем критериям, нормируемым "старым" Регистром и 154 О Малое XX -. • * (Диалог* z кал*-
гадал 7 ккформашюннсж обеспечение остойчивости и непотопляемости О М»«я ОсгиЬикхлк Ч1О ио г»*о»? Дытх» с ыгигансяч 155
главл 7 инФОяиадиомлх обсслечЕнк остойчивости и непотопляемости 1Ь6 дймм Оста*—ост»... Wro ого пи» ? fiuum с Kuumatf Рис.7 21 Диаграммы статической остойчивости неповрежденного судна для частных критических возвышений центра тяжести рассчитанные без учвта влияния дифферента при М=5500 т и Zg=Zg_
глава 7 hhvohuauhohhix омсгк^ние (хтончиккги и игпогоплжмости ’новым’ Регистром. Можно увидеть, насколько ’жестки’ или ’мягки’ те или Иные Правила для данного судна. На рис. 7.21 даны диаграммы статической остойчивости, рассчитанные для частных критических возвышений центра тяжести по каждому нормируемому параметру Как известно, диаграмма статической остойчивости судна зависит от фор- мы водонепроницаемого корпуса судна и возвышения центра тяжести. В настоящее время форма погруженной в воду части корпуса учитывает- ся только величиной средней осадки, то есть водоизмещением судна. На самом же деле она определяется ещё и дифферентом судна, кото- рый может учитываться углом дифферента у, разностью осадок носом и кормой д или отстоянием центра тяжести судна от миделя — Хд. Поэтому критические возвышения центра тяжести судна представляют собой не кривую (она приводится в современных Информациях), завися- щую только от водоизмещения судна М, а поверхность, зависящую от двух параметров - М-Хд. Не учет этого обстоятельства может привести к опасным ошибкам, особенно для аварийного судна. Для большого морозильного автономного траулера типа «Пулковский меридиан» пр.1288 в неповреждённом состоянии были проведены сис- тематические расчёты для всех, нормируемых Регистром параметров. Изменение водоизмещения (М) и дифферента {Хд) варьировалось в широ- ких пределах так, чтобы охватить все возможные в практике сочетания этих параметров (с некоторым запасом). Результаты этих расчётов представлены в виде графиков и поверхностей на рисунках рис. 7.22 и рис 7 23, Что касается аварийного судна, то здесь всё гораздо сложнее. Сейчас конструкторы рассчитывают затопление конкретного отсека судна в конкретных случаях нагрузки (обычно - двух). Один - наихудший (по мнению конструктора) по посадке, второй - наихудший по остойчивости. Так делается для разных отсеков. Причём для разных отсеков могут быть раз- ные случаи нагрузки. Потом полученные точки как-то соединяются линией (такие линии для ряда конкретных судов даны на рис. 7.34). Мы предлагаем рассчитывать Zg^ по каждому нормируемому парамет- ру при затоплении каждого водонепроницаемого отсека во всём диапазо- не изменения нагрузки (получается много поверхностей Zg ). Потом надо построить огибающую поверхность по всем этим поверхностям Для рассматриваемого судна наиболее опасным оказалось затопление водонепроницаемого отсека №4 (грузовой трюм N’2). При пустых трюме и твиндеке соответствующие графики даны на рис 7.29. а поверхности - на рис 7 30. *5 Йим tVтой-ммсгь Что m шо* ’ (Омлога с шлмгмомГ 157
Старый Регистр ZgkrM(M-Xg) Рис. 7 22 Критические возвышения ЦТ по 'старому* Регистру с учетом дифферента. Выделена кривая - Zgw без учета дифферента ьо.ыжхо» к» Рис 7 23 Поверхности Zg^, по всем нормируемым критериям Рис 7 24 Минимальные огибающие поверхности с учетом дифферента и на ровный киль 158 Ю М*-:ч ОггойчмкосГ» ЧГО ХГО ШПЯ? ДОлДОЛГМ с ЛЖЧЧМОИ,»'
Новым Регистр Zekr-TtM-Xo) Рис 7 22 Критические возвышения ЦТ по "старому" Регистру с учётом дифферента. Выделена кривая - Zgv без учета дифферента Рис. 7.26 Поверхности Zg^ по всем нормируемым критериям Рис 7.27 Минимальные огибающие поверхности с учётом дифферента и на ровный киль «Э Mx>l» Т5егоИ-мвосгь Что эго тмов ’ (ймпог» с мгммнлмГ 159
пива г инФОРМА1лю>^юе (жестчение остойчивости и непотспткиосги хо. » Рис. 7 29 Затоплен отсек ММ. И трюм, и пипемк пустые Рис. 7.29 Затоплен отсей ММ и трюм, я таиноек пустые Наиболее опасным оказался слу- чай, когда трюм заполнен рыбой, а твиндек - пустой. Для этого случая соответствующие графики даны на рис. 7.31. Результирующая огибающая по- верхность по неповрежденному и аварийному судну представлена на рис 7 34 и в Приложениях рис П.10 и рис.П.11. Вот по этим графикам и надо оценивать остойчивость в нестан- дартных случаях. Рис 7.30 Поверхность критических возвышение иин-ра тижисти атитринного еупн» (митжтмлпьнлк) И трюм и твинаек пустые 160 СТЫж Ткт»|чмосгь Чп> ею гмо«т Дмлогис ытихиномГ
гльал 7 мст4tHnt остойчивости и непотопляеьюстг no 1т«0 1 м но ho*0 05 м Рис 7 31 Затоплен отсек И*4 Трюм хапогыен рыбий. а юинявх - пустой *. • Рас 7 32 Поверхность критических ппзвыюонии центра тяжести аварийного сунна Пробоине в районе трюма М*2. Трюм потыым. твиндек тус той 1 по h,, 2 - по 1„ 3 - по 9Ч„ Рис 7 33 Поверхность критических возвышений центра тяжести аварийною судна (минимальная) Пробоина » районе трюма N*2 Трюм полный, твинпех пустой <0 Мы ни Остмт-нмос т. Ч'о та.»» |Цнагк»» с деним») 161
i лам г инФсмшилюнюе обеспечение остоичивосгу и непотопляемости Ислольээеать если трюм КМ2 пустой или Исполыоеа’ь. есть» трюм MJ заполнен полностью, а таинда* пустой или мполнан 3500 4000 4500 5000 5600 6000 Водоомащемае М. т Рис Т 34 Критические еоэемшания ЦТ с учетом мармйиой остойчииости Рис 7 35 ДСО аварийного судна, формально удоапвгаоряючего 'раОиеаииим Итфтрмиции об остойчивости 162 О Мт«о» Оотчиоос'* Что »те тл«ое’ (Циачхи с илишномг
глава т информационное сжеспечение остойчивости и не потопляемости На этом же рисунке нанесены кривые Zg^, взятые из Информаций нес- кольких конкретных судов (их бортовые номера приведены на рисунке) Обращает на себя внимание, что кривые из Информаций не зависят от дифферента судна, и в ряде случаев идут существенно выше «истинных» кривых. Это означает, что судно, якобы удовлетворяющее требованиям Регистра, на самом деле им не удовлетворяет и в случае пробоины во втором трюме (трюм загружен твиндек пустой) может получить отрица- тельную начальную остойчивость (а Регистр требует, чтобы аварийная метацентрическая высота была не менее 0,05 м) и значительный угол крена (даже при симметричном затоплении!) Этот угол крена может до- ходить до 25-30 и более градусов. На рис. 7.35 дан пример ДСО такого аварийного случая. Кроме того, все эти суда однотипны (они различаются только характе- ристиками порожнем), следовательно, все они должны иметь одну и ту же кривую Zgv В приложении на рис. П.14-15 даны листы из Информации для случая нагрузки, когда Zg меньше Zgxp (из действующей Информации), а на рис П 16 даны ДСО аварийного судна Выводы сделайте сами К.- Так что же, в Информациях даны неверные кривые? А В некоторых - да! 7.3.6. Предлагаемая методика расчета Zg^ А; В связи с вышеизложенными замечаниями предлагается следующий порядок расчёта критических возвышений центра тяжести Определяется диапазон изменения водоизмещении М и абсцисс центра тяжести Хд Для этого для неповреждённого судна рассчитывается диаг- рамма посадок (диаграмма Г. А Фирсова) в широком диапазоне измене- ния осадок носом и кормой от осадки порожнем до осадки, превышающей грузовую марку (с запасом) По ним и определяются изменения М и Хс. Для всех сочетаний «М - Хд» рассчитываются посадка и остойчивость неповреждённого судна и критические возвышения центра тяжести по всем нормируемым параметрам. Определяется нижняя поверхность, огибающая по всем поверхностям, для неповреждённого судна Для всех сочетаний № - Хд» рассчитываются посадка и остойчивость аварийного судна при затоплении каждого водонепроницаемого отсека и критические возвышения центра тяжести по всем нормируемым пара- метрам Если необходимо, расчёты проводятся для различных коэффи- циентов проницаемости Определяется нижняя огибающая поверхность по всем критическим поверхностям по каждому отсеку. Определяется нижняя огибающая поверхность по всем отсекам и неповрежденному судну. Она и будет поверхностью Zg,p. К> Мвиэя ОспяНиксг» Чго»то гмое’ОЗмтхмсмли'амам,- 163
гплва т информационны обеспечение остойчивости и непотопляемости 7.4. АКОП - АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ОСТОЙЧИВОСТИ И ПОСАДКИ СУДНА А: Не секрет, что постоянное слежение за остойчивостью и посадкой судна в море исключительно важно для безопасного плавания судна. В Калининград- ском государственном техническом университете создана автоматизирован- ная компьютерная система расчета и прогнозирования изменения остойчиво- сти и посадки судна, находящегося в море (в том числе аварийного). Система реализована в нескольких вариантах и может эксплуатироваться • на берегу; • на борту судна; • в учебных центрах (в качестве тренажера); • в проектных организациях и конструкторских бюро при разработке Информаций об остойчивости и непотопляемости. Она ориентирована на использование • в службах наблюдения за рыбопромысловым флотом - для принятия профилактических мер по улучшению остойчивости обслуживаемых судов; • в службах безопасности мореплавания судовладельца; • в спасательных службах - для оперативного обеспечения работ по спасанию аварийных судов. При установке на борту судна Система облегчит капитану ежедневный рас- чет остойчивости и посадки и сделает результаты расчёта более точными Система позволит вести постоянный контроль остойчивости и посадки, а также поможет найти оптимальный вариант загрузки, а в аварийных ситуациях — оптимальный путь спасания судна. ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ СНИЗИТ ВЕРОЯТНОСТЬ АВАРИЙ. СВЯ- ЗАННЫХ С ПОТЕРЕЙ ОСТОЙЧИВОСТИ И ПЛАВУЧЕСТИ! Береговая версия В настоящее время Система установлена в Службе наблюдения за ры- бопромысловым флотом Госадминистрации Калининградского морского рыбного порта. Она осуществляет: • Ежедневный расчет нагрузки (водоизмещения и координат центра тя- жести всех судов), метацентрической высоты, критического возвыше- ния центра тяжести судов, осадок носом и кормой, запаса остойчи- вости и плавучести на основании данных только сводки суточных донесений (ССД) без привлечения дополнительной информации • Хранение информации о текущей нагрузке судов и отслеживание её изменений в рейсе (ведение “Журналов рейса"). • Проверку на удовлетворение остойчивости и посадки судов различ- ным критериям и нормам (Регистра. ИМО) 164 Ю Малое 'ОсгаАчмяость.. Что эю гаяое' (Днляиги с ютит«амоыГ
ГПША 7 ObfCnf4MW ОСТОЙЧИВОСТИ И HfnOTtXmf МОСТИ • Ежедневное информирование Службы наблюдения за рыбопромысло- вым флотом обо всех судах, остойчивость и/или посадка которых не удовлетворяют действующим Правилам Регистра (или близки к этому), для принятия профилактических мер. • Выдачу Штабу консультативной помощи судам, терпящим бедствие, текущей нагрузки судна на момент аварии для немедленного начала выработки рекомендаций по оптимальному варианту спасания судна Эти возможности Системы представляют особый интерес при старении флота. Опыт работы в Штабе консультативной помощи показывает, что обычно в начале работ много драгоценного времени тратится на ожидание сообщений с терпящего бедствие судна о состоянии его нагрузки. Теперь сразу же после сбора участников можно приступать к расчётам остойчи- вости и непотопляемости и выработке рекомендаций по ведению борьбы за спасание судна, так как в памяти ЭВМ есть данные о нагрузке судна за предыдущие сутки. В дальнейшем нагрузка может быть уточнена При работе Штаба может производиться: • Расчет посадки и остойчивости при затоплении любых одиночных и смежных водонепроницаемых отсеков (включая учет влияния мелких отсеков и цистерн в двойном дне, диптанков и т.п.); • Учет влияния воды, фильтрующейся в другие отсеки, отыскание наибо- лее опасного уровня профильтровавшейся воды; • Оценка времени, оставшегося у судна при неконтролируемой фильтра- ции воды до полной потери плавучести или остойчивости, до погруже- ния судна по заданную осадку или, наконец, до снижения остойчивости ниже заданного уровня; • Оценка времени, оставшегося у судна при фильтрации воды в машин- ное отделение до выхода из строя главного двигателя, дизельгенера- тора, главного распределительного щита, осушительных насосов и т.п,; • Выработка рекомендаций по спрямлению судна и улучшению его ос- ' тойчивости; расчет остойчивости при посадке судна на грунт и затоплении отсеков; • Поиск оптимальных путей спасания судна и выработка рекомендаций по борьбе за живучесть Бортовая версия Системы АКОП-EXCEL В добавление к задачам береговой версии, бортовая версия “АКОП- EXCEL" позволит проводить: • ежедневный контроль остойчивости и посадки; • прогнозирование состояния судна при приеме/сдаче грузов; • расчет остойчивости при нештатном изменении порядка погрузки или разгрузки судна; О Мэное Оегойншвость что это ’ Дмдеу» с яапятаяю*)' 165
ГЛАВА 7 ИНОКУЧМииЮТМОС ОбГСПГЧЕИИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ И HCnoronnveuOCTK • поиск оптимального размещения грузов из условий посадки и остойчивости судна (составление каргоплана) • подготавливает и выдаёт распечатку данных для портовых властей на момент отхода судна Система может быть использована на учебно-тренировочных судах в качестве тренажера по борьбе за живучесть судна. Система АКОП реализована для эксплуатации на персональном компью- тере и совмещает в себе функции береговой и бортовой версии Отдельно реализованная бортовая версия Системы "АКОП-EXCEL" функционирует в среде EXCEL под управлением Windows СИСТЕМА АКОП ПОЛУЧИЛА ОДОБРЕНИЕ РОССИЙСКОГО МОРСКО- ГО РЕГИСТРА СУДОХОДСТВА. Система АКОП ежедневно получает сведения из базы данных, которая формируется из сводки суточных донесений с судов (ССД) и нормативно- справочной информации (НСИ) о наличии на борту мазута, дизельного топлива, воды, мороженой рыбы, муки, консервов, тары. На основании этих данных и предварительно подготовленных и занесённых в компью- тер данных по каждому судну Система по соответствующим алгоритмам рассчитывает водоизмещение и координаты центра тяжести судна, а так- же различные характеристики посадки и остойчивости. Система АКОП, несомненно, найдёт свое место в рамках разрабаты- ваемых в соответствии с Международным кодексом по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращением загрязнения (МКУБ) Систем управления безопасностью (СУБ) как каждого судна, так и судоходной компании в целом 7.5. ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ ОСТОЙЧИВОСТИ А; При ежедневном расчёте остойчивости нам совершенно необязатель- но знать её истинные характеристики (сколько сантиметров метацентриче- ская высота, сколько градусов угол заката ДСО и т.п.). Достаточно убедить- ся, что все они удовлетворяют требованиям Правил. Нам нужен ответ не •«сколько», а «да» или «нет». Если на судне соблюдаются рекомендованные порядки расхода топлива и загрузки трюмов и твиндеков, то чтобы получить этот ответ, достаточно на ГБЗС нанести точку с координатами «рыба - топливо». Если эта точка попала: • в зону «А», то всё в порядке - и остойчивость и посадка соответствуют требованиям Правил и никаких дальнейших расчётов можно не производить, • в зону «Г» или «Д», то на всякий случай надо провести полный расчёт по таблице нагрузки (Таблица 7.1), чтобы быть уверенным, что всё в порядке; 166 Ю Малое "бсгвйчивосп... Что aw талое у |Д*«л-чхм с кжти’д«ом,i
гплал > m&oeuJwoHHOt оьеспгчгние остой^тости и HtaoroarmcMOcnt • в зону «Б», то необходимо провести расчёт по таблице нагрузки (Таблица 7.1) с учётом принятия балласта; • в зону «В», то необходимо принять меры к разгрузке судна. Кроме того, дополнительно можно определить различные характеристи- ки посадки и остойчивости (рис. 7.8 • рис 7.18). Если рекомендованный порядок не соблюдается, то необходимо ежедневно вести расчёт водоизмещения и координат центра тяжести по таблице нагруз- ки и фактическое возвышение центра тяжести сравнивать с критическим. 7.6. ОЦЕНКА НАЧАЛЬНОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ ПО ПЕРИОДУ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ К; А почему вы ничего не говорите о контроле за остойчивостью с помощью метацентрической высоты, определенной по периоду колеба- ний? В море этим способом очень часто пользуются Как вы к нему относитесь? А: Я отношусь к нему нормально, хотя здесь есть несколько -подводных камней», на которые стоит обратить внимание К сожалению, до недавнего времени у нас мало уделяли внимания этому простому способу контроля за остойчивостью, который доступен не только специаписту, но и любому грамотному человеку. Поэтому мате- риалы по инерционным коэффициентам различных судов ещё недостаточ- но систематизированы Лучше всего брать коэффициенты, вычисленные специально для данно- го судна Сейчас при проведении опыта кренования (см. 7 9) проводится и опыт раскачивания для определения периода собственных колебаний. А так как при проведении опыта кренования весьма точно определяется начальная метацентрическая высота, то по полученным hg и Тв можно подсчитать инерционный коэффициент. Однако кренования судов проводятся в состоянии нагрузки порожнем (или близком к нему), следовательно, и инерционный коэффициент будет определён для этого случая А как быть в других случаях нагрузки? Коэффициент с тем больше, чем дальше расположены грузы от оси качаний Поэтому для судна порожнем он будет больше, чем для судна в грузу Так как при некотором водоизмещении грузы могут быть располо- жены разным образом, то и инерционные коэффициенты будут несколько отличаться Следовательно, точки на графике зависимости инерционного коэффициента от водоизмещения будут составлять некоторую полосу. К сожалению, данные о фактических изменениях инерционного коэффи- циента при различных водоизмещениях в настоящее время практически отсутствуют. Поговорим сначала о физической сути метода. Ю Маков ‘Ос’.ойчивэсгь -по >по гаков ' Диалоги г «миииой.1’ 167
глава г имжучмимонног оысгкостойчивости и непотопляемости Из теории качки известна формула для определения периода собствен- ных колебаний: (7 4) Т,-2я N где 1а - момент инерции массы судна относительно главной централь ной оси Gx. тм2. Л44- присоединённый момент инерции жидкости, тм2; D - весовое водоизмещение судна. кН; ho - начальная метацентрическая высота, м Период собственных колебаний Ти получается при этом в секундах Пользуясь положениями теоретической механики, можно записать суммар- ный момент инерции массы судна и присоединенный момент инерции массы воды, как произведение маосы судна на квадрат некоторого приведенного ра- диуса инерции g (7 5) Тогда формула (7 4) будет иметь вид = 2ж -St V К Dh« -Jg <Jb<, Радиус инерции - линейная величина Его обычно выражают в долях от полуширины судна* Л 2 (7 6) Если учесть также, что Jg численно примерно равен п, и сократить их, то получим известную •капитанскую» формулу: „ сВ 1, = ~ж= (7 7) Здесь с - инерционный коэффициент, зависящий от типа судна и его нагрузки. В (7 8) Размерность коэффициента [. ]=сек м Так как нагрузка судна меняется каждый день, то и коэффициент с и h0 * В правилах ИМО инерционным коэффициент выражается в полях от ширимы судна (6 25). поэтому его численное значение получается в два раза меньше 168 О Остийчмкость Что это гам»’ (Диалоги с «апктмюм)
r/vuu i и»«Фар*мцио»<аг обгслгчгние осгон^иижгииинютснип^мосги будут меняться каждый день Если знать инерционный коэффициент и пе- риод собственных колебаний, то можно рассчитать начальную метацентри- ческую высоту по формуле: (7.9) С-0.70-0,89 С=0,78-0.85 С=0,75-0.82 С=0,84 0,88 0-0,76; с-0,83; с-0,76 . с1Вг 7» - В литературе даются некоторые усреднённые значения инерционных коэффициентов: • для надводных военных кораблей • для пассажирских судов • для грузовых судов в полном грузу • для грузовых судов в балласте * для шепыгердечных судов - для лесовозов с палубным грузом • для морских буксиров Для различных рыболовных судов при кренованиях (водоизмещение, близкое к водоизмещению порожнем) получены следующие значения инерционных коэффициентов • туноботы -МРТР - СРТР, СРТМ - РТЫ. БМРТ - БАТМ При отсутствии более точных данных инерционный коэффициент про- мысловых судов при выходе в рейс обычно принимают равным 0,80. Таким образом, один из -подводных камней» — погрешности при опре- делении инерционного коэффициента с=0.89; С=0,87, с=0,82-0,85; с=0,87; С=О,85 7.6.1. Вычисление момента инерции массы судна Чтобы определить инерционный коэффициент, прежде всего надо вы- числить момент инерции массы судна. Считается, что наиболее точно это делается постатейным подсчетом моментов инерции отдельных состав- ляющих нагрузки (наружная обшивка, набор, палубы, платформы, грузы, запасы, топливо и т.д ). Для этого используется известная формула теоре- тической механики: <7,0> < < где mt - масса i-й статьи нагрузки; у( - ордината её ЦТ относительно ДП z, - аппликата её ЦТ относительно основной плоскости, zg - возвышение ЦТ судна над основной плоскостью; /и - собственный момент инерции Атой ста- тьи нагрузки <0 Малое ист .мчивосгь эго гакое ' ^иамги с «апиглиоыГ 169
ГЛАВА 7. ИНФОТЧААЦИОННОЕ 06ЕСГЕЧЕНИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ И НСПОТОПЛЖМОСТИ Рис 7 37 Picnpeocnowe ивгруэки го ширине Рис 7 зв Риспрваелвние нагрузки по высоте Расчёт по этой формуле очень громоздок и должен выполняться в конструкторском бюро, хотя делается это чрезвычайно редко. Кроме того, при постройке судна могут быть некоторые отклонения от проекта - поставили не тот номер полособульба, установили другое оборудование и т.п. Более удобно рассчитывать момент инер- ции по эпюрам нагрузки. Судно условно делится на ряд шпаций по длине, ширине и высоте. Подсчитывается масса каждой шпа- ции и строятся эпюры нагрузки (рис. 7.36, рис 7.37, рис. 7.38). По этим эпюрам можно подсчитать момен- ты инерции массы судна относительно коор- динатных плоскостей - миделя, диаметраль- ной и основной (рис 7 39) /Wl =Ьпл2 = Ьи, V/ = Ьл,:,‘ Используя известную из теоретической механики теорему Штейнера можно подсчитать мо- менты инерции относительно осей координат: “ ^‘ЛУ, + Нам же нужны моменты инерции относительно главных осей, проходя- щих чероз центр тяжести судна. Их можно подсчитать по формулам /„ =/г. = /ад“* Zg' /.-/ад-/ад-* -ЧГ* (7.11) 170 Ю Мат Хкгойчиюсо Что гго mm ? вИлкгг с «®ыг«иоы;'
тлел 1 tvMKytuxjMOMMOf овгс/тт чгниг остойчивости и непотопляемости Однако и такие эпюры рассчитываются конструкторами чрезвычайно редко Поэтому на практике часто применяются приближенные формулы, осно- ванные на некоторых упрощающих предположениях о форме корпуса судна и распределении его нагрузки Наиболее часто используется формула Дуайера /..=^(«’ + 4^’). I * (7.12) полученная в предположении, что судно представляет собой сплошной прямо- угольный параллелепипед с массой судна М. шириной В и высотой 2Zg. Проверочные расчёты показали, что она даёт погрешность примерно +3% 7.6.2. Вычисление инерционного коэффициента при произвольной нагрузке «точным" способом К: Мы рассчитали момент инерции судна порожнем по формуле Дуайера, а моменты инерции отдельных статей дедвейта рассчитывались непосредст- венно при различных количествах грузов и запасов. При подсчёте моментов инерции жидкости в цистерне она разбивалась на ряд слоёв, которые заменялись эквивалентными прямоугольными параллелепипедами (рис. 7.40). При подсчёте моментов инерции рыбы в трюмах и твиндеках разбиение на отдельные слои показано на рис. 7.41. M-Mitae <с'. «млд>'>о'| Рис. 7 40 Схема разбивки цистерны на мвивагошные прямоугольные параллелепипеды Рис 7 41 Схема разбивки трюма на эквивалентные прямоугольные паралпепелилеаы Г рафики изменения моментов инерции соответствующих статей нагрузки представлены на рисунках рис. 7 42 и рис. 7.43. Момент инер- ции постоянных грузов /^.«3590 тм< Теперь момент инерции массы судна может быть подсчитан по формуле я(1 + А-„) (+ /,.л. + /, • / ,+ /,,, + ) (О Мадде Остоаечивсегь Что эп» гаяое ’ ДОихкхи С 171
глава 7 чнв>оешцюнное Обеспечение остойчивости и непотоппяеиссги Для данного примера при вычислении нагрузки судна основные запасы менялись от 0 до 900 т с шагом 25 т, а основные грузы - от 0 до 1300 т с шагом 50 т. Всего было проделано 1000 расчётов. Первоначально момен- ты инерции рассчитывались относительно основной линии а окончат ель ный результат пересчитывался относительно центральной продольной оси (формулы 7.11). Присоединённый момент инерции жидкости определялся по результа- там опыта кренования. Так. для судна БАТМ типа «Пулковский меридиан- в результате кренования было получено: М = 4063 т, h0 = 0.5725 м Zg=7 203 м, Тв= 17.97 секунд. Определим инерционный коэффициент: 7. A 18VO.5725 с - —1— ---------------- 0.85<<’к. м В 16 с В 0.85 16 Определим приведенный радиус инерции Р» “ 2 ~ , Определим суммарный момент инерции: /„ + A„ = .W рв2 = 4063 • 6.811-188400-ли Определим собственный момент инерции массы судна: /„ -^(£:+4Zx?) = ^y416’ + 4 7J031) 156900 ли 2 Определим присоединенный момент инерции А*, 4 Aw) /д -188400-156900 - 31500 лаг. Определим коэффициент присоединённого момента инерции кв: . Ам 31500 - - =0.200. v /а 156900 Присоединенный момент инерции А^ зависит от соотношения главных размерений судна, его коэффициентов полноты, площади скуловых и брус- ковых килей В данном расчёте он был принят по результатам опыта кренования, равным 20% от собственного момента инерции При вычислении инерционного коэффициента основные запасы менялись от 0 до 900 тонн с шагом 25 тонн, а основные грузы - от 0 до 1300 тонн с шагом 50 тонн Всего было проделано 1000 расчётов. Инерционный коэффициент, полученный в результате этих расчётов, представлен на рис 7 44 172 Ю Малов Осгоичмвосгь Что его гмое ? tOamxw с
глава г инфс*>млцио»*«ок обеспечение остойчивости и непотопляемости Рис 742 Момсить! имериги осхмныа « мвисииы» эапасоа Из рисунка видно, что инерцион- ный коэффициент меняется от 0,85 для судна порожнем до при- мерно 0,8 для судна в грузу Однако эти расчеты также весь- ма трудоёмки и для практических целей мало пригодны. 7.6.3. Вычисление инерционного КОЭФФИЦИЕНТА ПРИ ПРОИЗ- ВОЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ «ПРИБЛИ- ЖЕННЫМ" СПОСОБОМ Рис 7 44 Результаты расчёта инерционного «оэфОициента по -точному- методу Точка А - инсрционнми чозфф-тциеит при кро-оеании А: Рассмотрим "приближённый» способ определения инерционного коэффициента Суть его состоит в следующем Момент инерции массы судна определяется по формуле Дуайера для любой нагрузки. За исход- ную точку отсчёта принимаются результаты опыта кренования: по ним рассчитывается соотношение между собственным моментом инерции и присоединенным. Если допустить, что это соотношение примерно ю м.._. Осгоичмаш гь . Что гаже* ’ фагота с салигагнж*,' 173
глава 7 инФотлсАЮнное овеспе^ние остойчивости и непотопляемости сохранится и при других нагрузках, то суммарный момент инерции при произвольной нагрузке может быть подсчитан по формуле: /„>ЛМ =(! + *.) ^(в’+4 <%’)• (713) Из формул (7.5) и (7 6) следует 2 JVUil= 2/^177 (7.14) в у м ву \ м А из формул (7.13) и (7.14) можно получить с - . С°--------Vl + 4(Zg/S): = с0| 71 + 4(Zg/5)2. (7.15) >/l + 4(Zg0/fl)1 В этой формуле момент инерции ’железных* масс, особенно трудно поддающийся прямому расчёту (судно порожнем), учитывается коэффициентом с0(или с0,), полученным из опыта кренования, а моменты Рис 7 45 Сривнении "кучного" а "прнбпижВнного'' мег осой ало судна типа БАТМ. Точив А - инерционны*) коэффициент при креновании Рис 7 46 Инерционно коэффициенты, поосчитанные по формуле автора (1) и по формуле ИМО (2) инерции дедвейта приближённо учитываются изменением аппликаты центра тяжести Результаты расчёта по формуле (7 15) представлены на рис. 7.45 (Прибл )[6]. На этом же рисунке представлены результаты расчёта "точным" методом На рис.7.46 представлены результаты расчёта по “приближённой" формуле автора (7.15) и по формуле ИМО (6 26) Видно, что формула (7.15) даёт результаты более близкие к “точному" методу, чем формула (6.26). Для данного судна формула (7.15) получится c = 0.632Vl+4(Zg/e)’. 174 О Макси ОггоНчииосг» Что зго гаков’ Диалоги с «лпитаиокн
глава 7 информационное обеспечение остойчивости и непотопляемое'к Можно также в Графики безопасной загрузки судна (рис 7 8 по рис 7 17) добавить дополнительный график кривых с (рис 7 47) Рис 7 47 Инерционный >оэффици»нг С 7.6.4. Универсальная номограмма для определения инерционного КОЭФФИЦИЕНТА По формуле (7.15) автор построил универсальную номограмму, позво- ляющую легко определять инерционный коэффициент судна для произ- вольной нагрузки рис 7.48 (эти две номограммы равноценны; использо- вать надо ту, которая покажется более удобной). По результатам опыта кренования берутся Zg0 и с0 (в приведенном при- мере на номограмме A Zg^l 2 м. а с~.=0,85) Эти две точки помечаются на шкалах номограммы и соединяются прямой. В пересечении с прямой, соответствующей ширине данного судна (в примере В=16 м), помечается точка А (она даёт соответствующее значение но их на шкалу можно и не наносить). Эта точка в дальнейшем используется для данного судна’ При некоторой нагрузке подсчитывается Zg и помечается на шкале. Через помеченную точку и точку А проводится прямая, и на шкале с считывается значение инерционного коэффициента (в нашем примере Zg=6 4 м, а с=0.81). • Fenn <л^ффици4'мг к, для панно» о сурна известен или вь*чксг*>н общепризнанными в теории корабля методами, ю точку А. можно нанести на ожалу и без опыта кренования ЮГДАмов Ос’ончмвость Что т<ио₽ 7 С АЛСНгачоы)’ 175
гплвл информлцнотнос обеспечение остойчивости м непотопляемости Аналогично проводятся построения на номограмме Б, только вместо значения Zg0 берётся значение ZgJB Кг Все это хорошо, но... Чтобы определить инерционный коэффициент мне надо знать фактическое возвышение центра тяжести Но если я его буду знать, я и так оценю остойчивость — сравню его с критическим Хо- телось бы инерционный коэффициент знать для любой нагрузки заранее А: Если мы договорились, что инерционный коэффициент зависит от на- грузки, а она в процессе рейса меняется, то её текущее состояние надо как-то охарактеризовать. Обычно принято нагрузку характеризовать во- доизмещением. Но инерционный коэффициент от водоизмещения не за- висит Посмотрите на рис 7 45. При водоизмещении, например 5 500 т инерционный коэффициент может быть и 0,80 и 0.82 Рис 7 48 1-й вармаиг уншюрсальнг» номограммы Рис 7 49 2-й аарманг универсальной номограммы ипн определения инерционного коэффициента С для определения инерционного коэффициента С В то же время, как видно из формулы (7.15), он зависит от распределе- ния масс в поперечном сечении судна, а оно характеризуется шириной судна и возвышением центра тяжести Сравните теперь рис 7 47 и рис 7.10. Нетрудно видеть, что кривые С и кривые Zg очень похожи. Поэтому для определения инерционного коэффициента нужны две характеристи ки — Zg и В или одна обобщённая — Zg/B (рис 7 48 и рис 7 49) К: Если для определения инерционного коэффициента я должен буду знать возвышение центра тяжести, то метацентрическую высоту я найду no Zg без всякого ’С. 176 О Мкэв t>.»ий^вост*. Что jro гал» ? фталат* с яапегтаноы
i лаял > инФоеылционное Обеспечение octohwoocth и непотопляемости к: Совершенно верно. Но... Так как момент инерции массы судна зависит как от самой массы, так и от её распределения по ширине и высоте судна, то есть /„= t(M,Zg,B), то, чтобы найти /и, надо знать эти величины. Можно число переменных уменьшить до двух, если взять соотношение ZgB. но совсем исключить Zg нельзя Поэтому рекомендуется по данным типовых случаев нагрузки из Информации об остойчивости при различных водоизмещениях М и возвышениях центра тяжести Zg по номограмме найти значения *С*. Используя их и инерционный коэффициент при креновании Са, можно построить для себя приближённый график зависимости инерционного коэффициента только от водоизмещения и в дальнейшем пользоваться им Вторая проблема - определение периода собственных колебаний 7.6.5. Определение периода собственных колебании А: Лучше всего период собственных колебаний определить опытным путём, раскачав судно на тихой воде Судно можно раскачать периодическим подъё- мом и опусканием груза, перебежками людей с одного борта на другой и обратно и т.п. Необходимо следить, чтобы ничто не мешало судну свободно раскачиваться (бортовые швартовы должны бьпь отпущены без касания с пирсом, продольный швартовный конец, если он есть, должен быть направлен вдоль судна, расстояние до пирса или другого судна должно быть не менее двух-трёх ширин судна, глубина под килём не менее двух-трёх осадок) Период свободных колебаний должен быть измерен секундомером по крайней мере для 5-ти или более полных качаний Среднее значение пе- риода колебаний получится, если общее время разделить на число полных колебаний. Опыт раскачивания из-за своей простоты ИМО рекомендует использовать для оценки остойчивости рыболовных судов длиной до 70 м в эксплуатацион- ных условиях. Ограничение по длине связано с тем, что более крупные суда труднее раскачать К; А как определить период собственных колебаний в море? А: Как известно, судно в море совершает вынужденные колебания. А они происходят с периодом возмущающей силы (периодом волн) Поэтому при качке на зыби (регулярных волнах) период собственных колебаний опреде- лить невозможно. Отдельные колебания на ветровом нерегулярном волнении происходят с различными периодами, каждый из которых может быть как больше, так и меньше собственного периода бортовой качки на тихой воде. Оххако из те- ории качки и практики мореплавания известно, что средний период наибо- Ю. ШакМ XX' Г.хмяаас гь Ч7О ЭТО wot ' (Диж-ЧУМ С вдгштвюм/' 177
глава 7. информлииоиное обеспечение остойчивости и юпотопляеыости лее крупных колебаний бортовой качки на ветровом нерегулярном волне- нии близок к собственному Поэтому для приближенного определения периода собственных колеба- ний можно рекомендовать следующий способ. Судно должно лежать в дрейфе или идти с небольшой скоростью, держа заданный курс Более точные результаты получаются, если волны набегают перпендикулярно диаметральной плоскости. Однако на сильном волнении, когда положение судна лагом к волнению и ветру нежелательно, а бортовая качка доста- точно сильна и при косых курсах, можно держать и другие курсы, избегая по возможности направлений строго против волн или по волне. Штурман с секундомером в течение 5-10 минут наблюдает за бортовой качкой, которая на ветровом волнении происходит как чередование серий малых и более крупных размахов Дождавшись начала серии крупных раз- махов, штурман включает секундомер в тот момент, когда судно закончило размах на какой-либо борт, замерло на мгновение и вот-вот начнёт кренить- ся в другую сторону. От этого момента отсчитывается число полных колеба- ний судна. Почувствовав, что размахи качки начинают заметно уменьшать- ся, штурман выключает секундомер в тот момент, когда судно закончит оче- редной размах на тот борт, с которого начался отсчёт времени Показание секундомера даёт время всех учтённых крупных колебаний Поделив его на число совершенных колебаний, мы и получим средний период крупных колебаний. Рекомендуется повторить такой замер 2-3 раза, чтобы убедиться в устойчивости получаемых средних периодов. Если различие в средних периодах по отдельным замерам невелико (3-4%), опыт можно считать достаточно надёжным и приближенно принять полученный средний период равным периоду собственных колебаний судна Тв. Не рекомендуется применять этот способ при очень слабой качке, сред- ний размах которой с борта на борт не превышает 8-10° (амплитуда качки меньше 4-5*), так как при этом трудно выделить серию последовательных более крупных колебаний. Дальнейший расчёт метацентрической высоты ничем не отличается от расчёта по периоду, измеренному на тихой воде Итак, метацентрическую высоту вы нашли. Что теперь вы с ней будете делать? К; Её надо сравнить с допустимой. А: Но в современных Информациях обычно даются кривые критических возвышений центра тяжести, а не метацентрической высоты (хотя подсчитать критическую метацентрическую высоту нетрудно). Поэтому, после того как стала известна метацентрическая высота h0, нужно найти и возвышение центра тяжести. Это можно сделать по формуле: Zg = r+zc- heu z„- где г- метацентрический радиус, zc - возвышение центра величины над килем 178 •О Мэ<оэ Остойчивость Что это такое ’ (Диалоги с «дпя-ммом,'
гмал л инооршционюе овгслг «еииг остон^чносги и тпотспляемостм Их можно найти по гидростатическим кривым в зависимости от водоиз- мещения или средней осадки Но там они даются для посадки на ровный киль При фактической посадке с дифферентом они будут несколько дру- гими. Это ещё один источник возможных ошибок. Кроме того, и водоизмещение, и осадка судна в море определяются с некоторой погрешностью Поэтому к оценке остойчивости судна по периоду колебаний надо под- ходить с осторожностью Более точно задача оперативного контроля остойчивости может быть решена при использовании специализированного прибора, например, метацентрографа Этот прибор, испопьзуя специальные алгоритмы и программы, может при движении и качке на нерегулярном волнении определить период собственных колебаний судна на тихой воде. Используя его, можно рассчитать метацентрическую высоту, возвышение центра тяжести судна, сравнить его с критическим, предупредить капитана о том, что остойчивость его судна не удовлетворяет действующим Правилам 7.7. КРИТИЧЕСКАЯ МЕТАЦЕНТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА А; Критическую метацентрическую высоту можно подсчитать по формуле ДО ДАвкав *Остойчи»осгь 9го это гамм ’ Диалоги с салигхм/' 179
гплва i ннФоемлционное Обеспечение остойчивости и непотопляемости h^,~r^zt-Zg^^z.-Zg^ (7.16) Г рафики безопасной загрузки судна можно дополнить графиком кривых Лкр (рис 7 50) Если фактическая метацентрическая высота меньше кри тической, судно не удовлетворяет требованиям Правил. К; Существуют ли какие-либо приборы которые позволяют автомати- чески контролировать остойчивость судна? А.* Такие приборы есть. С их помощью тем или иным способом опреде ляется начальная метацентрическая высота. Например, в приборе «метацентрограф», разработанном в начале 60-х годов XX века под руководством профессора Н. Б Севастьянова, автома- тически выделяются в нерегулярных бортовых колебаниях такие, которые имеют период, близкий периоду собственных колебаний судна. Чувствительным элементом этого прибора была гировертикаль Элект- рическая и электронная схемы обрабатывали полученную информацию; • определяли среднюю амплитуду (или средний размах) бортовой качки за время работы прибора; • сравнивали каждый очередной размах со средним и, если размах был больше среднего, включали счётчик времени, который работал до тех лор. пока не проходил размах меньше среднего; • накапливали суммарную длительность крупных размахов и подсчиты- вали число таких колебаний; • определяли среднюю длительность (период) одного колебания и по ней подсчитывали метацентрическую высоту. При использовании приборов другого типа производится кренование судна в процессе рейса. Для этого на судне устанавливается (обычно при постройке судна) пара калиброванных цистерн. При перекачке жидкости из цистерны одного борта на противоположный борт создаётся заранее точно известный кренящий момент. Если знать, насколько при этом изме- нится угол крена, то можно подсчитать метацентрическую высоту Спе- циальные датчики передают на записывающие приборы изменения угла крена в течение некоторого времени до перекачки балласта и после. За- тем эти записи осредняются и находится их разность 60. Метацентрическая высота подсчитывается по формуле М„ * ~ d бе' (7.17) Теперь надо узнать фактическое водоизмещение судна. Для этого специ- альные датчики замеряют фактические осадки судна носом и кормой. Разу- меется. при качке судна они всё время меняются. Поэтому записи прово- дятся в течение длительного времени и осредняются. Таким образом, полу- чаются осадки судна на тихой воде По ним и рассчитывается текущее водо- 180 Мдвм 'Ое'ойммеосгь . Что зю талое 9 с жжмглмом)
глава г иняоплАиионное обеспечение остоячивост и непогоплжмости измещение В этих приборах существуют проблемы точности замеров углов и осадок, а также проблемы надёжности датчиков 7.8. КРИТИЧЕСКИЕ ПЕРИОДЫ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ К: А нельзя пи вместо кривых критических возвышении центра тяжести (или в дополнение к ним) дать в Информации кривые критических перио- дов собственных колебаний? А: Разумеется, можно Однако надо учитывать допущения, которые при- ходится делать при определении инерционного коэффициента при различ- ных нагрузках. Суммарный момент инерции при произвольной нагрузке может быть подсчитан по формуле (7 12). Выражение для критического периода собственных колебаний тогда примет вид: —т--- (1 + *,) %,’) -----1^— (7.18) В нашем случае это будет: 0654 Можно графики безопасной загрузки судна дополнить графиками Тлр (рис 7.51). Если период собственных колебаний больше критического, судно не удовлетворяет требованиям Правил 7.9 ОПЫТ КРЕНОВАНИЯ А: Итак, вы уже твёрдо усвоили, что остойчивость судна зависит от его нагрузки Сама же нагрузка однозначно определяется его водоизмещени- ем и координатами центра тяжести. Доля отдельных составляющих на- грузки хорошо видна на рис. 7.1. Совершенно ясно, что как бы мы ни ста- рались точно учесть топливо, рыбу, масло, воду и т.д. всё в значительной мере будет зависеть от точности определения характеристик судна по- рожнем Вот почему этому вопросу Регистр уделяет особое внимание. Опыт состоит в следующем К судну прикладывается известный неболь- шой кренящий момент и замеряется полученный статический угол крена <0 Ммое Остсймявосп Чтс эго ’ ^иллогч с жжшглмомг
ГЛАВА Г ИНвОРМШИОМКЖ OBCCTtHtHAC ОСТОЙЧНВОСГМ И НСПОТОЛПЯСМОС'М Затем, пользуясь метацентрической формулой остойчивости, рассчиты- вается начальная метацентрическая высота h _ 11 1) в Рис 7.51 Критическим период собственным копевамм с Возвышение центра тяжести находится по формуле Zg - Zm0 - ho. Здесь Zmo - возвышение начального метацентра Однако эта, на первый взгляд, простая процедура, чрезвычайно ослож- няется тем обстоятельством, что метацентрическая формула остойчивос- ти справедлива только при малых углах крена. Тогда возникает проблема, как замерить малые углы крена с большой точностью, чтобы уменьшить ошибку опыта Регистр выдвигает ряд требований к подготовке и проведению опыта кренования. Нагрузка судна при креновании должна быть максимально близкой к его водоизмещению порожнем. Масса недостающих грузов не должна пре- вышать 2% водоизмещения судна порожнём, а масса излишних грузов, исключая крен-балласт и принятый балласт - 4% Водоизмещение в условиях опыта определяется по замерам осадок. Осадки замеряются по маркам углублении и по высоте надводного борта не менее чем в трёх точках по длине судна Осадки по правому и левому бор- там осредняются. Если необходимо, то учитывается прогиб судна. Если диф- ферент судна превышает 0.005L, то теоретические элементы судна опреде- ляются с учётом дифферента Метацентрическая высота судна при креновании должна быть не менее 0,20 м Для достижения этого допускается приём необходимого балласта. 182 (й. Мйкое Фсгойчидес» Что эго 7 Дмчогы с
глава г инаорил^вюннос оыспгчениг остойчивое nt и непотогляеиост В случае приёма жидкого балласта цистерны должны быть тщательно запрессованы Для замеров углов наклонения при креновании на судне должно быть установлено не менее трёх веское длиной не менее 3 м или не менее двух приборов, одобренных Регистром, либо применено специальное устройст- во, одобренное Регистром для проведения кренования. Для судов длиной менее 30 м допускается установка двух веское длиной не менее 2 м. Обычно на судне размещаются четыре группы крен-балласта (рис 7.52). При качественно выполненном креновании полученное значение мета- центрической высоты принима-ется в расчёт без вычета из него вероятной ошибки опыта. Кренование признаётся качественным: - если для каждого замера удовлетворяется условие д -л , где ht - метацентрическая высота, полученная по отдельному замеру, < □ 83? ?ОП’ \ , Гл. 4 4 \ А, =—L - метацентрическая-----------------------±—f------ высота, полученная при 4 [""]? -ИОТ / • креновании; _ Рис. 7.52 Схема переноса крем-5аппаста п - число замеров (если все качественные, то п= 8). Замеры, не удовлетворяющие этому условию, исключаются из обработ- ки с соответствующими изменениями их общего числа п и повторным вычислением метацентрической высоты h,; -h }г если вероятная ошибка опыта 8h = t I ' удовлетворяет V »•(«-!) условию£0 02(1 +Л,) при h 2 2.0 м у я (л-1) Коэффициент Стьюдента при надёжности а = 0.999 зависит от коли- чества замеров п и принимается по таблице Коэффициент л 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 «... 4 4 1 4.2 4.3 4.5 4,6 4.78 5.04 5,41 5,96 6.87 6.61 Ю гь Что э*о тли* ’ (Диалоги z 183
глава > **<<x>4uuHOHHoro6fcnf-«HHf остойчивости и непотопляемости 184 Ю Мом "Остоймюхтк ч-n >то того»? (Оммгм е «*шта«мГ Рис.7.53 Обработка опыта кренования
гплвл г информационное Обеспечение осю<»'<и1юс<и и HtnorommuociH - если с учётом величин h и при наихудших, по их значени- ям,расчётных вариантах нагрузки удовлетворяется условие *2 ' У/ 50.05Л или 0.10L смотря по тому, что меньше у я (я-1) Л/, ™ но не менее 4 см; - если общее число удовлетворительных замеров не менее 8. Из расчёта исключается не более одного замера. При невыполнении указанных требований допускается по согласованию с Регистром принимать в расчёт полученное при креновании значение метацентрической высоты за вычетом из него вероятной ошибки опыта Кренование должно проводиться в присутствии инспектора Регистра в соответствии с Инструкцией по кренованию судов. На рис. 7.53 приведен пример обработки опыта кренования модели судна. 7.10. ОПЫТ ВЗВЕШИВАНИЯ СУДНА К: В последнее время я уже несколько раз слышал фразу "взвешивание судна". Это то же самое, что "кренование судна" или нет? А: Это не совсем то же самое. Основная цепь кренования • экспериментальное определение начальной метацентрической высоты, а через неё - расчёт аппликаты центра тяжести Попутно при этом определяется и водоизмещение судна Целью взвешивания является опытное определение веса судна порожнём и абсциссы его центра тяжести. Этот опыт более простой, чем кренование Для проведения взвешивания судовладелец привлекает группу квалифицированных специалистов. Взвешивание судна проводится в присутствии представителя Регистра. Судно должно находиться в свободном дрейфе или удерживаться швартовыми Швартовы, шланги и кабели, идущие на судно, должны быть ослаблены. Угол крена не должен превышать 1°. Метацентрическая высота судна при взвешивании должна быть положительной Должно быть исключено перетекание находящихся на судне жидких грузов из цистерны в цистерну Замеры осадок судна при взвешивании производятся по маркам углубления и по замерам надводного борта не менее, чем в пяти точках по длине судна. При расхождении осадок судна, полученных по маркам углубления и по замерам надводного борта, предпочтение должно отдаваться замерам надводного борта. Удельный вес воды должен определяться по пробе взятой на глубине, равной половине средней осадки судна при взвешивании. Ю. Uawoa ТкэаНмвссгь. . Что эго тааш? (Дпаяоп1 с капгтамолл)' 185
г длил 7 кнфотлиионнсж обеспечение остойчивости и иелогол/тясмосги Прогиб или перегиб судна может учитываться при расчёте водоизмещения любым достаточно точным способом. При наличии дифферента водоизмещение и абсцисса центра величины определяются прямым расчётом по программе ЭВМ, одобренной Регистром. Аппликата центра тяжести судна определяется расчётом в соответствии с Информацией об остойчивости как для нетипового случая загрузки. Замеры осадок и надводного борта производятся с точностью 10 мм Результаты взвешивания оформляются соответствующим протоколом. К: Как я понимаю, взвешивание судна производится не с цепью обеспечения остойчивости, а для более точного определения количества принятого груза по замерам осадок. А: Я думаю, вы совершенно правы.
8 ГЛАВА ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ 8.1. ЧТО ГОВОРИТ СТАТИСТИКА А: Несмотря на широкое внедрение судовых и береговых радионавигаци- онных средств, ввод в эксплуатацию современных морских судов, рассчи- танных на эксплуатацию в любых погодных условиях, количество аварий и катастроф продолжает расти С одной стороны, это можно связать со значи- тельным ростом мирового флота и возросшей интенсивностью судоходства. С другой стороны, рост потерь можно связать с недооценкой риска и недо- статочными мероприятиями по его снижению. Влияние факторов, приведших к авариям и сопутствовавших им для промысловых и транспортных судов, отражено в табл 8.1 и 8.2, а также на рисунках с рис. 8 1 по 8.4. Проанализируйте эти данные и попробуйте их прокомментировать. К То, что наибольшее число аварий приходится на осенне-зимний период, понятно В это время наиболее часты сильные шторма. Но то. что с увеличе- нием балльности шторма (если не считать штиль и слабый ветер) количество аварий уменьшается, для меня неожиданность. Самый пик аварий приходит- ся на шторм 4 -7 баллов Почему так? Таблица 8.1 Основные факторы вызвавшие оттрокияыеанм или опасно* мкренемие супов Флкп>ры Колкое тяо случае* Число судов В Ч ОТ общ(ко млела Заливание палубь и помещений м упомянуто 12 26 1 Залиеанис палубь и помещении упомянуто 22 4Г8 Вотер помянут кая основной фактор 1 22~ Обледенении В разных сочетаниях условии походы id 9 Прочно причины Усилия от орудий по-аа 3 6.5 Конструктивные дефекты, маневр 3 65 Итого «6 100 О и** Юсгсйчмосп что т r»at f {Ьлпог* с «*<ыганоы г 1В7
< ЛАВА В ос гоичивос ТЪ СУДНА в РАЗЛИЧНЫХ условиях ПЛАВАНИЯ Таблица 8.2 Характеристика успоемй, ооттутстауюиап авариям промысловых и грансгортныж суров (по данным отчбпм об авариях) »> .1Яе» П|>оыыся»яы« Т рвмспортмш* tc *r* t 4 1 в * J % ОТ обмого ЧОСЛ4 X « ввСмВ 10 г» 4 в 1 4 1 4 1 Г» «о 4 1 f ’0 О(Р«а> 1? 34 32 48 44 41 Зим* 9 3 к »> i* 91 И'О'а 15 100 1«В 192 ЮО миге Бофор’*' С -Нала! з 8,6 ю 1 f 13 14 4 - ГОалАф* 1(1 44 2 ij 36 37 39 » -10 бОЯГ’Св 14 39 2 1 35 36 30 Свиш* 10 •***• э • В А 1Э 1 1 11 И 1«»О Зв 100 00 юо од 100 1 1 г ш юл**» 2 » ' 1 11 1 з 19 li >v ».и <0а<1>1 0 0 J Т з С Oopto (00‘tM ) 10 4в 14 11 2 4 36 0 норм ч>**ор*ь 4 18 * 10 1 2 io Пол ft eave 8ОЛ" «ИТ 0 V 9 20 та гг Mtnta >3 ТОО 48 100 ar 1 С<1 1 8 ₽•«• ил» порту 1 3 С 13 «А • л а >ч>т» ₽и«. 1 е»р 1 > К зо 1В JO 30 яривр* ₽ *9 Р« 1 9 34 10 44 42 4 1 В О’орм low мор» о 28 » h If 1 1 и того ЗВ юо 88 1 00 1 ! 1 ЮО ^ВПаемвклоеыа НТрехаорчыа □•caraj Рас прела пенив аварий по сахонам Рас 8.2 Распределотие аварии я зависимости от сипы ветра 188 тО Ма<оа ^етои'миоста Чю т »а»о» ’ (Оиапхи с «пличном Г
/ИМ Л ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ Место емрме SO Рже 8.3 А - в реке или порту. Б - в устьях рек и у берега. В-в прибрежных районах моря Г - а открытом море 1111> А: Вероятно, тому могут быть разные причины. Главная из них. думается, беспечность. Если ожи- дается жестокий шторм, то капи- тан «бдит»: вовремя отдаются ко- манды по подготовке к штормова- нию, раскрепляются грузы, чтобы предотвратить их смещение, за- драиваются отверстия и т.п. Если же шторм слабый, то капитан, ве- роятно. считает, что никакая опас- ность судну не грозит и... нередко за это расплачивается. А что вы можете сказать о том, где чаще всего происходят аварии? Почему аварии чаще всего случают- ся вблизи берега, а не в открытом море? К: Вблизи берега, на мелководье, сильно меняется профиль штормовой волны Волны становятся более крутыми, их гребни начинают обрушиваться и судну становится труднее им противостоять. А: Верно! Но. пожалуй, причина не только в этом. Когда судно попадает в шторм на мелководье9 Если плохой прогноз, то я в море не выйду. А вот если шторм меня застаёт в море, то я буду ис- кать укрытие у берега. Если у берега волны большие, значит, ветер дует с моря, а не с берега. Поэтому, когда я ищу укрытие у берега, судно дви- жется на попутном волнении. О некоторых опасностях для судна, которые таятся в попутном волнении (уменьшении плеч диаграммы статической остойчивости при попадании ми Промысловые суда Транспортные суда Рис 8 4 Направление ветра и волн: А - штиль. Б - встреч-ые курсы (0*45‘ I. В - с борта (9O‘i45’ и 270"*45*). Г - в кормоеую четверть, П - попу*ное волномне 189
Г ПАВА в ОСТОЙЧИВОСТЬ СУОНА В РАЗЛИЧИМ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ деля судна на вершину волны), мы уже говорили Из таблицы 8 2 видно что почти в половине аварийных случаев (47 8%) как сопутствующий фактор упомянуто о заливании водой палубного колодца и помещений Это ещё бо- лее усугубляет ситуацию. Рисунок 8.4, где показано распределение аварий в зависимости от направления ветра и волн, это подтверждает Подробнее влияние воды в палубном колодце мы рассмотрим чуть позже. А что вы можете сказать по поводу того, что в открытом море аварии с промысловыми судами происходят в 5 раз (!) чаще, чем с транспортными? К: Маршруты транспортных судов обычно прокладываются, как удобнее Если надо, то и в обход штормового района. Промысловые суда ходят там, где есть рыба А это обычно на стыке тёплых и холодных вод, в зонах, где часты туманы, штормы, обледенение. Промысловым судам приходится ра- ботать в более опасных районах А: Я совершенно с вами согласен Что касается распределения длин ава- рийных судов, то для промысловых судов отчётливо видно резкое уменьше- ние количества аварий по мере роста длины. Это можно объяснить как улуч- шением показателей остойчивости с ростом размеров судов, так и уменьше- Дл—• суам.м □ Промысловы* Транспортные ОВсаго Рис. 8 5 Рвспрвоапвни* аварии в зависимое^ от длины суп»* 190 Ю Маков •Осгвнинос». Что »го га«ое ’ (Омыоги с unH’ewMi'
ГЛАВА « ОСПМЧИЭОСГЬ СИГМ В РАЗЛИЧНЫХ условиях ПЛАВАНИЯ нием относительного объёма палубного колодца с ростом их длины. (Опас- ность заливания водой палубного колодца мы обсудим чуть позже.) Надо учесть также, что малые и средние промысловые суда составляют 70% в со- ставе рыболовного флота Поэтому обеспечить их безопасность особенно важно Что касается транспортных судов, то наибольшее число их аварий при- ходится на длины 35-60 м (суда длиной более 100 м в эту статистику не попали) Эти суда, как правило, имели низкий надводный борт и перево- зили сыпучие и другие опасные в отношении смещения грузы 8.2. ДВИЖЕНИЕ СУДНА ЛАГОМ К ВОЛНЕНИЮ А: Почти половина промысловых судов и треть (по другим данным, также около половины) транспортных погибли при движении судна лагом к волне- нию и ветру. Почему эта ситуация такая опасная? Почему учёные не рас- считают заранее поведение судна в этой ситуации и не предотвратят неже- лательное развитие событий? Депо в том, что этот процесс опрокидывания очень сложный и учёные до сих пор не смогли создать математическую модель этого процесса, до- статочно хорошо его описывающую. Почему при движении лагом возникают большие углы крена? Потому что в этом случае возникают наибольшие возмущающие моменты от вол- ны А если судно попадает в резонанс с волной, то углы крена могут стать особенно большими (см п.8 6). Кроме того, в этой ситуации на судно мо- жет налететь шквал ветра, что создаёт дополнительный динамический кренящий момент (эта ситуация нормируется в правилах Регистра). Одна- ко сами по себе большие углы крена не обязательно приводят к катастро- фе. но могут послужить причиной возникновения более опасных явлений. Прежде всего - к заливанию водой палубного колодца. При выпрямлении судна после большого наклонения вода не успевает слиться с палубы и образуется дополнительный кренящий момент, а также ухудшается остой- чивость (см. л 8 4). Кроме того при набегании волны с борта, особенно если профиль вол- ны деформирован на мелководье, может произойти удар почти отвесного переднего склона разрушающейся волны в борт и надстройки судна. Это - чрезвычайно опасная ситуация В этом случае профиль волны деформи- рован. подветренный борт судна очень сильно оголяется, восстанавли- вающий момент при крене на подветренный борт катастрофически пада- ет и никакая самая хорошая диаграмма статической остойчивости на ти- хой воде не обеспечивает безопасности судна в этой ситуации Единст- венный путь спасения - не попадать в такую ситуацию! Ю Маков 'Осга^^юсть Что это такое 7 (Дн&лог* с клгугтлчом) 191
Г MBA в ОС ГОЙЧИВОС ГЬ СУДНА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ 8.3. ДВИЖЕНИЕ СУДНА НА ПОПУТНОМ ВОЛНЕНИИ При движении на попутном волнении ситуация ещё более сложная Для неё также не существует всеобъемлющей математической модели Здесь надо учитывать следующие явления. М =|80т, Zg=2.67 м 1 - на тихой ьоде. 2 - не вершине ванны. 3 - на nODOWBB волны При движении на попутном волне- нии. особенно когда длина судна близка к длине волны, по мере про- хождения вершины волны вдоль судна существенно меняется диаг- рамма статической остойчивости Эти изменения зависят не только от формы корпуса судна и профиля волны, но и от скорости движения судна, так как при больших скорос- тях возникают значительные кора- бельные волны и при их интерфе- ренции с ветровыми волнами за- метно изменяется профиль волно- вой ватерлинии и диаграмма статической остойчивости. Уменьшение плеч остойчивости на вершине волны может стать таким, что даже небольшого кренящего момента (например, от сместившегося груза) будет достаточно для опрокидывания судна. На рис 8.6 показаны диаграммы статической остойчивости рыболовно- го сейнера, основные характеристики которого приведены в табл 8.3. Обратите внимание, как сильно уменьшаются плечи статической остой- чивости при нахождении судна на вершине попутной волны На рис 8 7 те же диаграммы для различных положений на волне представлены в ак- Таблица 83 Характеристики судна и вопмения Ship D. t 180 Cl 0.790 1., m 25 li 0.X40 B. m 0.2 & 0,540 II. m 3 x 0,6X4 T. m 2.1 * 0.643 LB 4.03 v. knot. 9.6 II T 2.95 Fr 0.32 H/T 1.4.3 * 0 Wa%c X. m 25 VI 1 h„. in 2.5 h. X o.l 192 сонометрии Положение судна на косом волнении при различных курсовых углах также существенно сказывается на диаг- рамме статической остойчивости (рис 8.8). При движении на попутном волне- нии судно, как правило, становится неустойчивым на курсе, а при перио- дически оголяющемся руле - и плохо управляемым Может произойти вне- запный неконтролируемый разворот судна лагом к волнению (брочинг) При этом возникают большие центро- бежные сипы, и судно получает опас- ный крен на подветренную сторону. Ю Макол ‘Осго+чмьссгь Ню 9Ю Юла* ? (Даалсгн с ллгивгл^ол»)
глава в. остойчивость С ГЛНА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ 0,3-1 U.'" Рис в 7 Впиание фазы волны г„. 1 - на тихо» воле 2 - на волнении. 3 - профиле волны * Ю Меся UeroiHieocn. НГО *то пи» > (Ьялоп с «агытаноыГ 193
глава а остойчивоегь судна в различим условиях плавания При движении на попутном волнении периодически меняется остойчи- вость судна, в том числе его метацентрическая высота. Это может приве сти к возникновению так называемых параметрических колебаний. Амп- литуды бортовых колебаний при возникновении параметрического резо- Рис 8.8 Вливние курсового угла: 1 - на тилои воде. 2 - на волнении 194 Л. Имев ОпоЯ'вчств... Что аго тало?7 вШюгя с *an*wou i ~
ГЛАВА в остойчивость СУДНА а РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ нанса могут достигать очень больших величин. При этом может начаться смещение грузов Во всех этих случаях ситуация может усугубиться при заливании водой палубного колодца. Всё это и обусловливает такую большую аварийность на попутном волне- нии, особенно для малых судов, так как они чаще встречают волны соот- ветствующей длины. Наиболее эффективная борьба со всеми этими опасностями - старать- ся не попадать в них Кроме того, используются различные эксплуатаци- онные ограничения, например, снижение скорости при движении на по- путном волнении Регистр рекомендует, чтобы здесь V,- скорость судна в узлах, a L - длина судна в м. При таких скоростях снижается вероятность -захвата» судна попутной волной и его внезапного разворота лагом. 8.4. ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДОВ ПРИ ЗАЛИВАНИИ ПАЛУБНОГО КОЛОДЦА Как показывает аварийная статистика, немалая доля судов, погибших от опрокидывания, приходится на малотоннажные суда, принимавшие большие количества воды на палубу на волнении, близком к попутному. В этой ситу- ации снижение остойчивости на вершине волны служит предпосылкой к опасному накренению судна от воды, залившей палубный колодец При движении судна на чисто попутном волнении и волнении с кормо- вых четвертей судно будет испытывать периодическое изменение харак- теристик остойчивости. Известно, что наиболее опасны волны с длиной, близкой к длине судна. Так как направление ветра чаще всего совпадает с генеральным направлением бега волн, то ветровой кренящий момент обычно пренебрежимо мал и может не учитываться. Таким образом, можно считать, что весь кренящий момент создаётся водой, влившейся в палубный колодец При движении на попутном волнении и волнении с кор- мовых четвертей характерными являются единичные заливания палубно- го колодца большими массами забортной воды. Это заливание происхо- дит, когда гребень волны находится примерно в районе кормового пер- пендикуляра Возникающий при этом кренящий момент практически не изменяется за то время, пока мидель судна оказывается на вершине вол- ны Под действием этого кренящего момента судно совершает динамиче- ское наклонение Что с ним будет в конце наклонения, зависит от его за- паса остойчивости. На рис. 8.9 показана схема образования кренящего момента от воды в палубном колодце. Из-за впившейся в колодец воды судно садится нес- Й Manot •Остоытосп Чп>~т чкое ’ Дианки с •алигаюм/ 195
ГЛАВА в. ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ колько глубже. В воду входит дополнительный объем 6v. Дополнительная сила поддержания pSv вместе с силой веса влившейся воды Р создают кренящий момент. I Рис. 8.9 Схема образования кренящего момента от воды в палубном хоподце М.р Рис 8 10 Вода а палубном копооце при ратличных углах крена Рас. 8 11 Крожяыи» момемт от воды а палубном «оплдме Выражение для его вычисления в соответ- ствии со схемой, представленной на рис 8.9, может быть записано в виде М,р=Рл=Р [(Уя-У, )Cose + (Z„-Z')Sine] (8 2) Так как при крене судна часть воды из па- лубного колодца выливается, то вес воды бу- дет зависеть от угла крена P=f(O). Центр тяже- сти этой воды при накренении также смещает- ся от ДЛ к борту (рис 8.10). Поэтому и k=f(O). Следовательно, и кренящий момент зависит от угла крена. Типичный вид этой зависимости показан на рис. 8 11. Необходимо отметить, что это несколько упрощенная картина На самом деле, после того, как в воду начинает вхо- дить верхняя палуба, из расчёта кренящего момента должна быть исключена часть воды в палубном колодце, расположенная ниже соответствующей ватерлинии. Кроме того, когда в воду войдёт планширь, вся вода в колодце превратится просто в забортную воду и кренящий мо- мент исчезнет. Если график этого кренящего момента наложить на график восстанав- ливающего момента (диаграмму статической остойчивости), то можно 196 Ю Махая Остогхижхгь . Что эго гахое’(Циагогис «ллиг»<амг
Г ПАВА в ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАит найти так называемый псевдостатический угол крена (рис. 8 12) Как будет “чувствовать" себя при этом судно, зависти от вида диаграммы статической остой- чивости На рис 8 13 показаны различные диа- граммы статической остойчивости в сравнении одной и той же кривой кренящих моментов Из рисунка видно, что псевдостатические углы крена при диаграммах А и В различны, но опрокидывания в этих случаях не произой- дёт При диаграмме D судно опрокинется в любом случае от одного действия влившейся в колодец воды Диаграмма С касается диаг- раммы кренящих моментов своей нисходя- щей ветвью. Можно указать и псевдостати- ческий угол крена. Но это положение равно- весия неустойчиво и судно опрокинется под действием любого сколь угодно малого до- полнительного кренящего момента. Однако все это лишь теоретические рассужде- ния для статического действия кренящего мо- мента на тихой воде На самом деле всё обстоит гораздо сложнее Во-первых, кренящий момент от воды дейст- вует динамически и надо сравнивать не мо- менты, а работу кренящего и восстанавливаю- щего моментов. Во-вторых, по мере прохождения вершины волны вдоль судна диаграмма статической ос- тойчивости меняется Это изменение зависит не только от положения вершины волны отно- сительно корпуса судна, но и от скорости дви- жения самого судна (числа Фруда) В-третьих, величина кренящего момента зависит не только от угла крена (сколько во- ды успевает слиться через планширь), но и Рис в 12 Определен» псеваостатичвсжого угла крема псваоостатичесжого угле крема от окм анаграммы старческой остойчивости Н Рис. в 14 Сквма эденки остойчивости супна с мгштым палубным колопцем М„ - ДСО на ’»«ой воре мш - ДСО на вершине ВОПны от размеров и конструкции штормовых пор- тиков (сколько воды успеет слиться через портики). На рис. 8 14 приведена схема оценки остойчивости судна при залитом палубном колодце Сравниваются площади а и b Если Ь> а. то судно не должно опрокинуться. В настоящее в^емя разрабатываются предложения по нормированию ос- Ю Ммс» ОсгоВ-моегк Что зго геме ’ Диалоги с * 197
г мал 4 осгоичиеосгь СУДНА в различных УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ тойчивости малых судов в этой расчётной ситуации. Из этой работы вытекает ряд выводов. Сплошной фальшборт, образующий палубный колодец, является опас- ной конструкцией. Необходимо применять фальшборт съемной конструк- ции. или заменять его леерным или сетчатым ограждением Штормовые портики требуемых нормами размеров при заливании па- лубного колодца являются малоэффективными. 8.5. ВЛИЯНИЕ ОБЛЕДЕНЕНИЯ НА ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДОВ А; В зимнее время судно в море подстерегает серьёзная опасность, кото- рая послужила причиной многих трагедий При низкой температуре воздуха и забортной воды брызги, попадающие на судно, замерзают и превращают- ся в лёд, покрывающий надводную часть корпуса, надстройки, палубные ме- ханизмы, шлюпки, рангоут и такелаж. Обледенению подвергаются все суда, плавающие в высоких широтах, но его последствия при равной скорости на- мерзания льда тем катастрофичнее, чем меньше судно. Причинами обледенения являются: конденсация переохлажденного тума- на на надводной части судна, мокрый снег и дождь, заливание судна заборт- ной водой и самое главное - намерзание льда из брызг морской воды, кото- рые срываются ветром с гребней волн и несутся над поверхностью моря в сравнительно тонком приводном слое Из-за неравномерности распределе- ния брызг высокие части крупных судов (палубы, рубки, рангоут, такелаж, антенны и т.п.) обмерзают слабее, чем нижераспопоженнью участки корпу- са Малое же судно находится внутри приводного слоя, насыщенного мелки- ми брызгами воды. Поэтому обмерзание верхних частей происходит также интенсивно, а значит, и распределение ледовой нагрузки по высоте оказы- вается на малых судах более опасным Если обледенение является результатом замерзания влаги, выделяе- мой из переохлаждённого тумана, то лёд нарастает в первую очередь вы- соко над палубой - на рангоуте и такелаже, а процесс обледенения может идти и в тихую погоду Лёд. намёрзший на судно при обледенении, представляет собой высоко расположенный груз, прием которого приводит к повышению центра тяжес- ти судна. Кроме того, под тяжестью льда увеличивается осадка и уменьша- ется надводный борт. Обледенение приводит к ухудшению как начальной остойчивости, так и ос- тойчивости на больших углах крена. При больших массах льда (а она может достигать десятков и сотен тонн), в особенности при сильном обледенении рангоута и такелажа, ухудшение остойчивости может достигнуть катастро- фических размеров и под действием волнения или шквала судно может лег ко опрокинуться. В связи с сильной качкой и низким надводным бортом заливание палу- 198 <0 Что »ro то.ое ’ fhanon с «жяиаж»/
I ЛАВА 9 ОСТОНЧИвОС ГЬ СУДНА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ бы на малых судах более интенсивно, чем на крупных. Относительная глу- бина и объем палубного колодца, являющегося одним из главных аккуму- ляторов льда, на малых судах также больше, чем на крупных. Именно эти особенности образуют основные очаги обледенения Если судно расположено лагом или под косым курсом к волнению и ве- тру, его сильнее заливает с наветренного борта, что вызывает несиммет- ричное обледенение Лёд. расположенный несимметрично по ширине суд- на. вызывает кренящий момент Известны случаи, когда по этой причине судно приобретало статический крен до 40-50°. Надо отметить, что при обледенении рангоута и такелажа значительно возрастает площадь парусности. Это ведёт к усилению воздействия ветра на судно, что влечёт за собой повышенную опасность опрокидывания. Малые суда подвержены обледенению сильней, чем крупные. Поэтому в одинаковых гидрометеорологических условиях вероятность опрокидывания малого судна вследствие обледенения значительно выше, чем крупного. Рассчитать изменение остойчивости от обледенения было бы нетрудно, если бы была известна масса намёрзшего льда и положение его центра тя- жести Нормы остойчивости дают указания для определения этих характе- ристик в проверочных расчётах остойчивости Они проводятся в предполо- жении равномерного распределения льда по судовым поверхностям, исхо- дя из условно принятого количества льда на единицу площади 30 кг/м- для горизонтальных поверхностей и 15 кг/м*1 для площади парусности. Эта схема распределения гьда весьма условна Были отмечены случаи, когда действительное количество льда превышало расчетное в 2-4 и даже 10 раз. Кроме того, на палубе и палубных механизмах скапливается 50- 65% льда, на бортах и фальшбортах 18-25%, на переборках надстроек 7- 12%, на рангоуте и такелаже 8-15%, на прочих деталях 1-2%. Условность всех норм обледенения состоит также в том. что они не учи- тывают фактора времени Действительно, если скорость намерзания льда превышает скорость его удаления с судна, то количество льда будет непре- рывно увеличиваться, пока судно не опрокинется или пока не изменятся ги- дрометеорологические условия. Кроме того, ни одни из существующих норм не учитывают несимметрич- ность обледенения судна, а такое обледенение неизбежно, если судно по- чему-либо не может держаться курсом строго на ветер или по ветру По- этому любые нормы учёта обледенения следует рассматривать как неко- торый условный минимум требований, а не как полную гарантию безопас- ности судна. К: Как же всё-таки бороться с обледенением? А: Радикальных методов, к сожалению, до сих пор нет. Единственное что реально можно делать, это окалывать лед и, если это возможно, по- стараться выйти из района обледенения Ю иллол Что ЗЮ 'мае ’ Диалоги с tarwiaeouj 199
г плел в. остойчивость СУДНА в РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ В настоящее время разрабатываются алгоритмы прогнозирования раз вития обледенения и изменения остойчивости во времени Один из'них основан на работах д.т.н., проф. Ю. И Нечаева. Автор данной книги раз- работал программу, позволяющую рассчитать интенсивность обледене ния и изменение координат центра тяжести судна во времени в зависи- мости от характеристик судна, температуры воды и воздуха, интенсивно- сти волнения и ветра, скорости хода и курсовых углов судна по отноше нию к волнению и ветру. Скорость нарастания массы льда В принятой модели процесса развития обледенения в зависимости от курсового угла лёд начинает нарастать в трёх точках: 1 - на носовом пер пендикуляре на уровне верхней палубы, 2 - на верхней палубе на мидопе у борта и 3 - на верхней палубе на кормовом перпендикуляре Скорости нарастания льда в этих точках в зависимости от угла кажущегося ветра, высоты волны, высоты надводного борта, температуры воды и воздуха, скорости судна и т.п. определяются выражениями A3%(A34(O),/),Z А3%(А3%(О),Г),/3 у У t'NAVi У “Л’ЛГЗ J где обозначено 4 А 4 A^JO),/),/, (фо ) Р\(фкк ). Ап,(А3%(0),/), /2 АЗЧ(АЗЧ(О),/),Л F(£). Здесь FftpKB) - функции, учитывающие влияние угла между кажущимся ветром и диаметральной плоскостью (см рис. 8 15): Ъ(Фкв) = 4 + 4 Cos(d} ) + *4 Cos(d]2(pKH) F\(Фкв ) = d2 + d2- С _ Л) F\(Фкв ) ~ 4 + dy • Сглт(с/пфАЯ), F- функции, учитывающие влияние высоты волны (которая может меняться со временем), высоты надводного борта в соответствующей точке и длины судна. 200 Ю .«в Юстоймтос’ь Что 9Г0 тл-ое > с капиггмкш.
ГЛАВА 9 ОСТОЙЧИВОСТЬ СУОНА В PAJ/ЪГЧНЫХ УСЛОВИЯХ плавания F ЪМШ 0.1Л1.,(/|}.Д0),/) + 0.1 + 0.2 F(£)=fl+-^^1. ( 93 J ENAV ' Функции, учитывающие влияние температуры воды и воздуха, скорости кажущегося ветра, площади парусности и скорости судна с учётом её падения на волнении у *-лии У N‘=UKB(ltaMtwl); A ‘=Av/225; Vs'=(Vs/Vstb)-0,5. Здесь Г, и /„-температуры воздуха и воды; Ди-площадь парусности; L - длина судна; Ггз • высота надводного борта на носовом перпендикуляре, на мидепе в ДП и на кормовом перпендикуляре; Vs- скорость судна с уче- том влияния ветра и волнения, Уьгв-скорость судна на тихой воде; с/,, Ь,- коэффициенты, численные значения которых установлены в процессе статистической обработки результатов натурных измерений. Высота волны в момент начала обледенения Л^(0) вычислялась в зави- симости от длины судна по формуле, но она может быть задана и произвольно Л,. (O) = o.os|i+16O~^V ж ( 135 ) При усилении шторма рост высоты волны определяется по формуле h^h^O^h^Oh-h^orfa^a^a,^. м. где h^fO) - высота волны в момент принятия решения, п и а - коэффициенты. Масса льда, нарастающая за промежуток времени <5/ часов, находится по формулам Ю ‘Осюйчнлость Что >го глася * г салр'аной*/ 201
ГЛАВА • ОСТОЙЧИВОСТЬ CV&tA В ГАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ Скорость изменения координат центра масс нарастающего льда Скорость изменения координат центра масс нарастающего льда опре- деляется по формулам (м/час): Л,| 0 Чт,‘ ^.Гт2 = 0 1 = Н>2 3= Л2Я2’с,2т* J Ami. ГГт1 0 .^1. где пГ=гтиМс. а V 0.96 + (JL н;' Z/н, в' = 0.80 + Г2/в » = 0.60 + Л/н2 0.96 + я; Здесь с - коэффициенты, численные значения которых установлены в процессе статистической обработки результатов натурных измерений. Н,, Н2, Н} высота борта в носу, на миделе, в корме. Сами координаты центра масс льда в носу, на миделе и в корме рас- считываются по формулам: L = — — 2 Гт-.' £ " 2 0 г.; V rZml 0 St, ^2 ^2 <5/, S п2 + ^Z»t2 5l .х^_ /-3. 0 НУ. ,^Ли5. Общие координаты центра масс льда находятся по формулам. 202 Ю МлаОвЛЗстойммвост• Чго>г© гдяое ? (Цалпот с *апимйим) *
глава i остойчивость судна а различных условиях плавания _ W|Xwl +/л1А'ж, j. у _myZa,\-¥nuZKti-¥mxZ^ т " т " т а координаты центра масс судна - по формулам: М = Мо + т, Xg = М = А/пУу0 + mYm у , _ MgZgo + mZ^ 8 . м ’ 8 м Всё это вычисляется на каждом шаге через промежуток времени St час. Увеличение сопротивления и падение скорости Сопротивление судна на волнении в условиях обледенения рассчитыва- ется по формуле Я=Я,+ЯМ+Я4. где Ягв - сопротивление на тихой воде, Raw - дополнительное сопротивление от волнения. Ra - дополнительное сопротивление от ветра Rtb=k„R0- здесь Яа- сопротивление судна на тихой воде при заданном водоизмещении и посадке на ровный киль, a -коэффициент, учитываю- щий влияние изменения водоизмещения судна (из-за намерзающего льда) и изменения угла дифферента Здесь к. - коэффициент, приближенно учитывающий влияние увеличения водоизмещения (и осадки): хж= 1 +е ,т ‘+е/п ^-ье/п * Коэффициент г, учитывает изменение угла дифферента из-за намёрзшего льда: к^Ч+к^+к^. е, и к,- коэффициенты Увеличение сопротивления на нерегулярном волнении определяется по формуле Здесь Я_<, - сопротивление на встречном нерегулярном волнении, Ю Млао9 ’Осгоймявость 9Ю (ОмПОГЛ С КЛ^гЛном)' 203
ГЛАВА а ОСТОЙЧИВОСТЬ СТОНА В ЛАЗЛИ^ЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ /Со = 2.48L4 ' Fr1 “ х L хехр -3.5Fr-3.23Fr1 ,014) Йэч(Ч(0)»0 J Влияние курсового угла учитывается коэффициентом Kr=F(<p.*„.a), значения которого табулированы. к> = (1.2 - 0.1 >/а) - (2.9 Jex -1,9)Fr, Здесь a-коэффициент полноты ватерлинии, а параметр ‘а" определяет- ся выражением Коэффициент q* зависит от степени развития волнения (принят 0.75). Лэч('Лэч('ОЛ0 • высота волны 3%-й обеспеченности в текущий момент времени. ЮМММ u ~ Чь L Пополнительное сопротивление от ветра рассчитывается по формуле л..с,й£=1л,, . . 2 г здесь ра - плотность воздуха. А, - проекция площади парусности на мидельшпангоут, коэффициент сопротивления, берётся по результатам продувки надводной части модели судна в аэродинамической трубе или по приближён- ным зависимостям. С/, - скорость кажущегося ветра = Ju' + Vs1 - 2Uin I’s cos<p„„. АЛ > Ivj ПО • tin На основании этого производится оценка потери скорости и расчёт време- ни движения судна в порт-убежище. На рис 8 15 приведены треугольник скоростей судна и ветра и обозна- чения курсовых углов Пример расчёта К: И что может дать капитану такая программа? А: Она поможет капитану выработать план спасания при обледенении Рассмотрим пример Предположим, что в момент начала обледенения есть возможность выбрать один из трёх возможных портов-убежищ А, В 204 Ю Мллоо VcwtHHbOtTb Что зпл мята»* с ,<
ГЛАЗА в ОС ГСнТчпВОС ТЬ СУДНА в РАЗ.'1ИЧНЫА УС.ТОвИЯЛ Л'ЛАвАгкИЯ или С. Капитану надо принять решение в условиях развивающегося 'шторма Ниже даётся пример расчёта различных сценариев (вариантов) спаса- ния I Исходные данные на момент принятия решения (начало обле- денения): Судно МРТК пр 1328 типа «Балтика». Длина судна L=22 м Ширина в=6 8 м; Высота борта Н=3.3 м; В начальный момент вре- мени Мэ=160, т; Хд=-0,50, м; Yg=O, м; Zg=2,5, м; скорость судна на тихой воде Vsw =9,5 уз; высота волны 3% обеспечен- ности ЛЛ(0)=2,22 м, средняя длина вопны А^=25.1 м; курсовой пеленг следа волны КПся = 140 град: курсовой пеленг истинного ветра КПив = 160 град: Рис В15 Треугалмжя старостей в куражь» углы ИК - ис- 1и>мй курс супы, КПсв - «мжкыи пепвк спаса мпиы. КПж» - ткжщояа* пепемг кажущегося ветра, КП» - ксмпаг- ньш гш*« ис I •••<« о ветра Ош - аифисть кажуиуи оса ветра Una - схорость испвекого ветра.«. - курсовой угоп суэв по от- ношению • ао1»«н«о, - кууххяэои угоп иститжкхо ветра скорость истинного ветра в начальный момент времени рассчитана в зависимости от h^fOJno формуле U^= 6,7+2,13(Лзч(0>1) = 9,3 м/с; истинный курс на порты-убежища ИКпу: А - 260, В • 320 и С - 80 град. расстояние до портов-убежищ Any А - 75, В - 75 и С - 50 миль; температура воды (,= 2°С; температура воздуха (=-15°С На рис. 8 16 показана скорость нарастания льда на различных курсовых углах Максимальная скорость нарастания льда (около 3,2 т/час) приходится на истинный курс 230 градусов пагом по отношению к волнению, минималь ная (чуть более 1,6 т/час) на истинный курс 340° (попутное волнение) Скорость изменения координат центра тяжести судна приведена на рис 8.17. От этой скорости зависит изменение остойчивости судна. i> левкое Сстоочиеосгк Что эго таиж? с капитаном, ‘ 205
глава в остойчивость СУДНА в РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ Рис в 10 Скорость нлростлний ль» на различны! курсовым углах. Рис 817 Скорость изменения координат центра тяжести судна На рисунках рис. 8.18 и 8.19 показано падение скорости и достижимая скорость при разных курсовых у max. В зависимости от достижимой скоро- сти и движение к порту-убежищу займёт различное время Кривая предельной тяги для данного судна рассчитывалась по формуле 7>„ 1.35-0.35— ^78 Выдвигается ряд критериев, по которым предлагается оценивать характеристики остойчивости и посадки судна при обледенении и их нормативные значения: начальная метацентрическая высота /то£О,О5, м; - угол статического крена 0с > 20, град; - максимальное плечо диа-граммы статической остой-чивости г 0,1, м ; 206 <5 Ua« па Гктайчмкзстк Что эго гакое ? {Диалог* с хагигга^о^'
ГЛАВА в ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА в различных условиях плавания -протяженность попожитель-ного участка диаграммы 8р2 20. град; • предельные значения высоты надводного Оорта: в носу /, 2 0,3, на мидепе в ДП f,£0,3 на миделе у борта f?s2 0. в корме /лг0,3, м. Рассмотрим сценарий №1 (X,). капитан решает идти в порт-убе- жище А, рис.8.20 (на этом рисун- ке изображены все сценарии) В момент принятия капитаном решения судно находится в точке Хв (начало координат). При выбо- ре сценария X, судно дойдёт до порта-убежища А за 8.3 часа. Из- менение состояния судна за это время показано на рис. 8.21 и табл. 8.4. Судно движется почти лагом и обледенение происходит 1 1 I I 4 I I Г I I II 11 Рас в. 1в Кривые сопротивления и предельной тяги Падение счорости не |юг«<>ни>> достаточно интенсивно. За 8,3 часа нарастет 23 т льда, появится крен око- ло 28°, а максимальное плечо ДСО упадёт до 0,06 м (см.табл 8.4) Палуба начнёт входить в воду уже через 5.4 часа. Этот вариант очень опасен Если принять второй вариант сценария (рис. 8.22), то судно дойдёт до порта-убежища В за 8,1 часа, однако будет идти практически на попутном волнении За это время нарастёт 14,9 т льда При этом крен будет всего 6,2\ Ни один из нормативов до прихода в порт не будет нарушен Ю. Мгяоя ‘Остойчивость Что 9Ю 7 {Пиалоп» С гжштамом)' 207
ГЛАВА в ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА в РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАгЫЯ Если выбрать третий вариант сценария (рис. 8.23), то судно дойдет до порта убежища С за 7.92 часа, но уже через 6,79 часа начнёт входить в воду верхняя палуба у борта на мидепе Рис 8 20 Обща* характеристика ситуации в момент принятия решения Можно попытаться поискать вариант хода в порты-убежища разными галсами. Капитан решает попробовать вариант сценария Xt‘, когда снача ла он 3 часа будет идти с ИК=40°. а затем будет поворачивать в один из портов Если пойти в порт А (сценарий XJ, то до порта он вообще не дойдёт (рис 8.24): через 6,22 часа начнет входить в воду палуба, а через 9 часов судно опрокинется даже на тихой воде (до порта А после поворота время хода 10,94 часа). Если повернуть на порт В, то идти придётся ещё 8,11 часа (рис 8 25) При этом через 7,09 часа угол крена превысит 20°. через 7,28 часа в воду войдёт палуба, а через 7,8 часа максимальное плечо ДСО станет меньше 0,1 м. Если после поворота пойти в порт С. то придётся идти 6 69 часа, но через 3,66 часа войдёт в воду палуба, через 5,03 часа максимальное плечо 208 р И—» ОгяИ'—пег* _ Чтооттого»? Омготсмиитоиамг
ГЛАВА t ОСТОИЧИвОСТЬ CVJHA В РАЗЛИЧНЫХ П'ПОНИЯХ ПЛАВАНИЯ Рис. в 22 Сценарий X, неимение порт В 1 • положение ЦТ судне. 2 - положение ЦТ льда Ю Mai 209
глава « остойчивость судна в различных условиях плавагмя Рис в 23 Сценарий X, алижание а пор' С. 1 • положение Ц1 судна 2 - положение ЦТ пара Рис. в 24 Сценарии X, - движение в порт А после гкиюро'я 1 положение ЦТ судна. 2 • положение ЦТ льва 210 О Ммлв СкгиНикк 'ь Что m гем»' (Оииюи с >»» ихим
ГПАвЛ » ОС’О^лЯЮСГЬ СУ&1Л в РЛЛЛИЧКЛ условия» ППАМНКЯ Рис. 8.25 Сценарий К, амявмлв и порт В после поворота 1 - положение ЦТ сунна, 2 - положение ЦТ >чда Рис. в 26 Сценарий X, неимение в порт С после поворота 1 положение ЦТ сунна 2 положение ЦТ льда. Ю Maroa Осгайнеосж Что гк т—о» ’ (Оатги с ипкьлч) 211
Г ПАВА I ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА а различных условиях ПЛАВАНИЯ Л.1 М.»са *Огг<»чимс».- ЧТО те тмя * (Оиалогж с млатмом> 212
г/мед в остойчивость судна в различных условиях плавания станет меньше критического, а через 5,37 часа угол крена превысит 20°. Таблица 8.4 Саоянаи таблица «враттвристит посадки и остойчииосш супна при различный варианта* спасании Параметр Хо X, СМ X Х3 х4* х5 Хв Х7 ПК град 260 320 80 40,0 249,9 299.7 109,8 S. мили 75 75 50 26,5 96,8 75.1 34.3 ' КПСа. «зад 140 140 140 140 140 140 140 140 КП*), град 160 160 160 160 160 160 160 160 ГЛ. т 0.0 22.9 14,9 19,5 6.8 39,6 20,8 19.9 М, Т 160.0 182.9 174.9 179,5 166.8 206.4 187,6 186.7 Хд м -0,50 -0,31 -0,90 -0,19 -0,48 -0.08 -0.64 0.12 Yg м 0,00 -0,31 -0,10 0,22 0,12 0,34 -0,13 0,23 Zg, м 2,50 2.64 2,59 2.65 2,54 2.77 2 64 2,78 Tf. м 1,66 2.21 1,74 225 1,94 2,63 2,02 2.55 Та м 2,55 2.67 2.88 2.58 2,60 2 70 2,87 2.45 Тш. м 2,21 2.44 2.31 242 2,27 2,67 2.45 2,50 Vs. уз 9.50 894 9.18 634 874 8 68 9 18 5.22 Ьзк- м 2.22 3.01 3.01 3.01 2.65 3 69 3.54 3.47 IU° ♦tw°|. (рад 17,0 17.0 17.0 17.0 17.0 17.0 17,0 17.0 ; ho. М 0 83 0,67 088 063 0 79 0.53 078 0.46 | %, град 0.0 27,6 6.2 18,1 8.0 42.6 9.3 30.9 Im. м 0,39 0.06 0.23 0.11 027 0,00 0,15 0,03 Ор. град 99,5 51,9 78.0 63,4 88 0 0.0 70,0 30,9 fv_M_ 3,79 3,44 3,91 3.40 371 3,02 3.63 3,10 (2. м 1,09 0.86 0,99 0.88 1.03 0,63 0,85 0,80 h* м 1,09 -0 92 0,62 -0,23 0 55 -2,50 0.30 1,23 С м 1,12 1.00 0,79 1.09 1.07 0,97 0.80 1.22 l(ho) час ЙОд). час 6 97 7.52 7,09 5.37 ! t(lm). час 696 6,91 7,80 5.03 , 1(9р). час 8.79 час I ИМ. час I КМ), час 5.43 6.79 6,22 7.28 3,66 | КМ. час ’ ts. время хода до П-У час 8.30 8,10 7.92 10,94 8.11 6.69 lea,критическое время час 5,43 0,00 6,79 ),00 6,22 7,09 3,66 О. Мыол Осгойчмаосгь Что эго глсое ? (Диалог* с калитано*)' 213
ГЛАВА 9 ОС ТОЙЧИВОСТЬ СУДНА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ Таким образом, оказывается безопаснее всего идти сразу в порт В. К: Мы совсем недавно обсуждали вопрос о влиянии волнения на диаграмму статической остойчивости У нас при разных сценариях спасания судно движется с различными курсовыми углами по отношению к волне. Как это скажется на диаграммах остойчивости и принятии решения? Рис 8 28 Диаграммы статической остойчивости в момент принятия решения и в момент прихода в порт-убежище с учётом влияния волнения при разлитых сценариях спасания ТВ • тихая вела. В8 вершина волны. ПВ • подошва волны. 214 О Майм ПегмНквсктк т тыое ’ ftrnw с чпипнк»,
ГЛАВА в ОСТОНЧИВОСГЪ СУДНА В РАЗЛИЧИМ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ А: Ваш вопрос совершенно справедлив Если учесть влияние волнения на диаграммы, то картина несколько изменится На рис 8 28 представлены диаграммы в момент прихода в порт-убежище с учётом влияния волнения Из них видно, что при сценариях Xf и Хл когда судно движется практически на продольном волнении, диаграмма на вершине волны существенно снижается В случае Хг она просто уходит под ось. А это чрезвычайно опасно! В случаях Хг и Хв диаграммы на вершине волны достаточно близки, но предпочтение следует отдать вариану Хг Данная программа позволяет также проводить расчёты при развитии (или затухании) шторма, изменении направления ветра, температуры воды и воздуха, преднамеренном изменении скорости судна. Будем надеяться, в недалёком будущем программы, позволяющие про- водить подобные расчёты, войдут составной частью в интеллектуальные системы обеспечения безопасности мореплавания (см. главу 10). Тогда появится возможность в реальном времени контролировать посадку и остойчивость в одной из самых опасных ситуаций, которые могут встретиться судну в море 8.6. ВЫБОР КУРСА И СКОРОСТИ ХОДА СУДНА НА ВОЛНЕНИИ При попадании судна в режим резонанса амплитуды качки значительно возрастают. На регулярном волнении режим резонанса возникает при ра- венстве соответствующих периодов собственных колебаний и кажущего- ся периода волны В случае нерегулярного волнения амплитуды качки су- щее! венно увеличиваются при равенстве соответствующих периодов соб- ственных колебаний и кажущегося периода волновой гармоники, соот- ветствующей максимуму спектра углов волнового склона. Этот случай принято называть резонансом на нерегулярном волнении. Кажущийся период волны (период встречи с волной) на судне может быть замерен секундомером В теоретических расчётах он определяется выражением г«------------------- (8.3) 0.515C, + 0.515 г, cos? • где т, - кажущийся период волны, с; X - длина волны, м; Cs - скорость волны, узлы; Vs - скорость судна, узлы;? - курсовой угол движения судна по отношению к волне; q>=0° на чисто встречном волнении, ?=9О° при рас- положении судна лагом к волне. <р=180° на чисто попутном волнении Скорость волны с учётом мелководья определяется выражением Ма*о8 Ъсто+чмвосгь чтс это годе * fttaacn с капгтамаа^ 215
ГЛАВА » ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА В РАЗЛИ'ВТЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ где Ня- глубина воды. м. Изменением курса и/или скорости хода можно изменить кажущийся п« риод волны и, следовательно, выйти из режима резонанса и избежать зн чительного увеличения качки. Для облегчения решения этой задачи егц жит универсальная номограмма качки рис 8 29. С левой стороны номограммы даны три шкагы периодов На средней (ос новной) шкале откладываются периоды собственных колебании, а также к. жущийся период волны По Tu, Т и затем определяется резонанс выну* денных колебаний, по г, - длина соответствующей волны. Те же значения г< риодов. отложенные на левой и правой (вспомогательных) шкалах, олрер ляют границы зоны усиленной качки, соответствующей условию (8 5) 1.3 0.7 С правой стороны номограммы приведена известная диаграмм В Г Власова, позволяющая графически находить величину Vs Cos <р, кот рая и отложена на правой вертикальной шкале. На поле номограммы даны семейства кривых постоянных значений гпубг ны воды Н"=Const (1 s Нп s «». м) и высоты волны 3%-ной обеспечен ноет. h^=Const (0.25 < h . < 20, м) Вертикальными линиями нанесена шкала длин волн (5 < Л < 300, м) При построении номограммы учитывалось, что средняя высота волны прг подходе к берегу вначале заметно падает, а затем непосредственно перс разрушением гребней, резко возрастает Обрушение гребней, согласно дан ным наблюдений, наступает, когда средняя высота волны становится равное половине глубины воды. Эта граница эоны обрушения гребней показана на номограмме почти горизонтальной пунктирной линией, вдоль которой нан₽ сены значения высоты волны Номограммой можно пользоваться • на регулярном волнении; входными величинами являются длина вог ны и глубина воды; • на нерегулярном волнении; входными величинами являются высот., волны (или балльность волнения) и глубина воды Во всех случаях необходимо знать периоды собственных колебании судна Пользование номограммой рассмотрим на примерах. Пример 1. Судно, имеющее Ти= 20 с, идёт на регулярном волнении с скоростью Vs=10 узлов курсом у = 68* При этом замеренный кажущиис период встречи с волной г, = 4 6 с. Вода глубокая Найти резонансную зс ну для бортовой качки Здесь не известна длина волны. Но, зная величину Vs Cosxp (её можно ог ределить графически, спроектировав вектор Vs на вертикальную шкал, 216 Ю Малая Оспмёчмосгв Что »го талая? (Залога с
ГЛАВА В ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАШЯ »чо jbj Волнение , SRRS§i?S8i8S . . .... till) 11 • • t » • • - - • - • • 9 9 R »W8 | 8StS Й t S • • - • Аниое laaHOjgo ohWq ohWAo laenojgo ewuog Ю Utua •OcroHMK’y 4n 110 M«<W ’ ДиЛЛХ» C txnWiMI 217
глава в остойчивость ОДНА В РАЗЛИЧНЫХ условиях ПЛАВАНИЯ рис. 8.30 А), и т, можно найти X. Для этого на основной шкале помечаем точ- ку т, ж 4 6 с и соединяем её прямой 1 с точкой Vs Cos<p. В пересечении с ли нией /-/„=<« получаем А-50м * Теперь на основной шкапе помечаем точку Т, = 20 с и через неё и точ- ку А= 50 м проводим прямую 2, которая в пересечении со шкалой Vs Cosp даст сочетание У5и р, приводящее к резонансу. Помечая точки Т=20 с на вспомогательных шкалах и проводя через них и точку Л- 50 м прямые, получим зону А усиленной бортовой качки (на рис 8 28 А она выделена более тёмным цветом) Эта область получается при движении на попут- ном волнении. В районе курсовых углов 165-180 градусов бортовая качка будет незначительной. Помечая точки Тв = 20 с в верхней части шкалы Г, где судно обгоняет волну, и проводя прямые 3. получим ещё одну зону усиленной бортовой качки (зона В). Скорость волны можно определить, если воспользоваться тем обстоя- тельством, что при движении на чисто попутном волнении, когда VS=CS то г,»»». Проведя прямую 4 получим Cs= 17узлов Пример 2 Дано Гг= волнение регулярное, вода глубокая. Найти резо- нансную зону для килевой качки. Решение примера ясно из рис. 8.28 В В районе <р » 90 более светлым затенением выделен сектор, где килевая качка незначительна Пример 3 Дано Тя=8 с, волнение нерегулярное, VI баллов, вода глубо- кая Найти резонансную зону для бортовой качки. Решение примера ясно из рис 8 28 С. Резонансная эона выделена тёмной заливкой, зона усиленной бортовой качки - более светлой заливкой. Для небольших промысловых судов может представлять серьёзную опасность уменьшение остойчивости на вершине попутной волны, длина которой примерно равна длине судна. Кроме того, существует опасность захвата судна попутной волной и его внезапного разворота лагом к вол- нению и ветру. Чтобы не попадать в подобную ситуацию, рекомендуется снижать скорость до 0,6-0,7 от скорости соответствующей волны. Пример 4. Дано L- 50 м, А = 50 м, Нл = 5 м С какой максимальной ско- ростью безопасно двигаться на чисто попутном волнении? Из рис. 8.28 D видно, что на глубокой воде скорость волны около 17 узлов. При глубине воды Нж= 5 м скорость волны уменьшается до 13 узлов Следо- вательно максимальная скорость судна не должна превышать 8-9 узлов. * При олижении сурна на встречном валтюнии с помощью такое о построения длина ооптм определяется оонозначно При движении не попутном волнении, например при е . V.-в умам и г, >7.5 с . при построении получаются пво длины волны- Лж5 м и А>50м. Однако о мора нетрудно на 'пат отличить пятиметровую волну от пятидесятиметроеои и выбрать на номограмме верную точку 218 Ю Маяое Остойчивость... Что sw такое 9 ДОнтгеги с ипнтаноы)*
ГЛАВА t ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ Пример 5. Дано Т = б с, 6^=4 м, Н„» 5 м (это вблизи зоны разрушаю- щегося волнения). Определить резонансную зону килевой качки. На рис 8 28 D проводим прямые через точки Т* = 6 с на основной и вспомогательных шкалах и точку пересечения кривых h1%= 4 м и Н,-5 м . Резонансная зона выделена затемнением Рис в ЭО Гример,.! пользования универсальной номограммой качки 8.7. ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДОВ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ КОРПУСА К: В последние годы получают всё большее распространение суда «ре- ка-море». Не так давно при замере осадок носом, кормой и на миделе в иностранном порту оказапось, что средняя осадка (полусумма осадок но- сом и кормой) не равна осадке на миделе У судна был перегиб корпуса Портовые власти сделали нам письменное замечание, что в Информации об остойчивости ничего не сказано о влиянии перегиба корпуса судна на остойчивость Что должно быть записано в Информации? Ю Цаяс« tk гь Что >ло такое 9 (ДихКУи с вагшгамзм)* 219
ГЛАВА В ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА в РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ А; Формально никакие записи в Информации не требуются, но это до вольно сложный вопрос Деформация корпуса вызывается разными при чинами. Во-первых, если посмотреть на график распределения по длине сил ве са и сил поддержания, то мы увидим следующую картину (рис 8 31 ) 1(0 Рис. в 31 Р»спрсаепен«е сив висл » сиг иидрвржл^ии 1 - сипы мел г - сигчл подрсрид'мя 3 - перегиб основной пинии Силы веса и силы поддержания распределены весьма неравномерно. Это обычно создаёт в средней части судна избыток сип поддержания, а в оконечностях - избыток сип веса, что приводит к возникновению изгиба- ющего момента, при котором средняя часть «вспучивается»-, а оконечно- сти -провисают». Возникает упругий перегиб корпуса Расчёты показывают, что эти упругие стрелки перегиба сравнительно невелики - в зависимости от загрузки судна они обычно не превышают 0.05 - 0,10 м при длине судна порядка 100 м. Во-вторых, постоянная деформация корпуса приобретается в процессе эксплуатации судна и его ремонтов. Особенно большая деформация возни- кает при замене обшивки двойного дна на плаву После снятия обшивки су- щественно уменьшается момент сопротивления поперечного сечения кор- пуса, и судно получает значительный перегиб. Когда приваривается новая обшивка, этот перегиб закрепляется. Стрелка такого перегиба может до- стигать величины 0.5 м и более. Замеры на натурных судах показали, что изгиб основной линии корпуса хорошо описывается функцией синуса (или косинуса) На рис 8 32 показаны эти линии при стрелке прогиба 0,5 м. С остойчивостью такого деформированного корпуса (рис 8.34) депо об- стоит достаточно сложно 220 «О Шмм t>CTi>*^H4«^ . Что это Т6ЛО*' Цатми с демеглном/*

глава в остойчивость СУДНА в РАЗЛИЧНЫХ условиях мавагыя Рис, 8 34 Дна,раммы снпичесюи осюичиеосги: 1 - корпус суана »е деформирован. 2 - перегиб 0.5 м при той же осадке на миделе. 3 - перегиб 0.5 м при toe* же еоооиммэшении. 4 - перегиб 0.5 м при том же водоизмещении и корректировке центра тяжести При деформации корпуса изменяется форма подводной части судна и. следовательно, изменяются плечи остойчивости формы При той же осадке на миделе и том же возвышении центра тяжести ДСО изменяется, как пока- зано на рис 8.34. кривая 2. Однако при этом несколько возрастёт водоиз- мещение судна, так как в носу и в корме в воду войдут более широкие час- ти шпангоутов. Если же водоизмещение судна оставить постоянным, то его осадка на миделе несколько уменьшится и ДСО также изменится (кривая 3). В данном примере ДСО идёт несколько ниже, чем у судна с недеформиро- ванным корпусом. Но, кроме того, из-за деформации корпуса концевые сечения опустят- ся ниже. Это приведёт к понижению центра тяжести Диаграмма стати- ческой остойчивости несколько улучшится (кривая 4). Однако в данном примере учтено понижение центра тяжести только для судна порожнем Влияние грузов и жидких запасов ещё бопее понизит центр тяжести и ещё более улучшит остойчивость. Так как постоянная стрелка прогиба судна в течение его жизни меняет- ся, то один раз учесть её в Информации об остойчивости затруднительно Надо или вносить коррективы в Информацию, или перевыпускать её Хо- тя, по-видимому, влияние перегиба на остойчивость будет весьма незна- чительным 8.8. ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДОВ В РЕМОНТЕ К: Мне известен ряд случаев, кода аварии, связанные с остойчивостью, происходили с судами, стоящими на ремонте у стенки судоремонтного предприятия Почему происходят такие аварии? Как их избежать? А.' Как и все аварии, они происходят либо по вине непреодолимых сил при- роды, либо no Bkwe человека. Конечно, «человеческий фактор» здесь играет самую важную роль И тут важно разграничить обязанности судовладельца 222 Ю Млвол Остойчивость . Что 9тс гаков1 {Дилххм с ялп*гл*он)
<плал « остойчивое ТЬ СУДНА а РАЗЛИЧНЫХ условиях плавания (администрации судна) и судоремонтного предприятия У нас в стране ещё в 1987 году приказом министра рыбного хозяйства введена в действие -Инст- рукция по обеспечению остойчивости и непотопляемости судов в ремонте-. В частности, в Инструкции говорится, что если на судне есть ремонтный эки- паж, то ответственность за сохранение остойчивости и непотопляемости судна и организацию борьбы за живучесть при авариях во время ремонта несёт судо- владелец (администрагмя судна). Если ремонт производится без ремонтного экипажа на борту, то ответственность несет судоремонтное предприятие В первом случае Администрация судна обязана ежедневно определять расчётным путём фактическую нагрузку, остойчивость и посадку судна с учётом изменения нагрузки в процессе ремонта (откачка или перемеще- ние жидкого балласта, установка лесов и дополнительного оборудования, снятия с судна механизмов или судовых конструкций и т.д). Судоремонтное предприятие обязано перед началом ремонта разрабо- тать и согласовать с судовладельцем технологический план-график ремонта, который должен учитывать сохранение в процессе ремонта достаточной ос- тойчивости и деления судна на главные водонепроницаемые отсеки Если в процессе ремонтных работ происходит значительное изменение нагрузки судна, превышающее 3% водоизмещения судна порожнем, то в этом случае расчёты остойчивости и посадки выполняются техническими службами су- доремонтного предприятия и согласовываются с капитаном судна Судоремонтное предприятие несёт ответственность за контроль и приня- тие своевременных мер по сохранению деления судна на водонепроницае- мые отсеки с момента начала и до окончания ремонтных работ, приводящих к нарушению в процессе ремонта построечного конструктивного деления судна на главные водонепроницаемые отсеки и герметичности корпуса суд- на ниже палубы переборок (ремонт главных водонепроницаемых перебо- рок, демонтаж систем и трубопроводов, проходящих через главные водоне- проницаемые переборки, устройство технологических вырезов в корпусе и главных водонепроницаемых переборках ниже палубы переборок и т.п ), В Инструкции даются нормативы остойчивости и непотопляемости су- дов в ремонте Начальная метацентрическая высота ремонтируемого на плаву судна, определённая с учётом фактического дифферента и поправок на влияние свободных поверхностей жидких грузов в цистернах и отсеках судна, должна быть не менее 0,20 м - для судов шириной В £ Юм; 0,15 м - для судов шириной В > 15 м. Промежуточные значения определяются линейной интерполяцией (рис 8 34). Во всё время ремонта должно сохраняться построечное деление судна на главные водонепроницаемые отсеки. Ю Шкал 'Оегойчныхть зю талое ’ (Днллот с млигамом/ 223
ГЛАВА I ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА в РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ Для этого: Рис, 8.34 Допустимые значения начальной метацентрической высоты судна в ремонте Все отверстия в главных попере^ых водонепроницаемых переборках суд на ниже палубы переборок, открываемые в процессе ремонта при ремонта же систем и трубопроводов, кабельных трасс, должны быть закрыты к концу смены исполнителями работ прочными водонепроницаемыми заглушками Вскрытые в процессе ремонтных рабо горловины туннеля трубопроводов, прохо- дящего через несколько водонепроницае мых отсеков, должны быть закрыты к концу смены исполнителями работ штатными крышками на прокладках Устройство временного технологического выреза в главных водонепроницаемых пере борках допускается только в одной перебор ке. Технологические вырезы в бортах судна до пускается выполнять только в пределах од- Рис. 8.35 Допустимые значения углов входа в воду технологическим вырезов в бортах судна ного главного водонепроницаемого отсека. Отстояние нижней кромки технологичес- кого выреза или любого открытого отвер- стия в наружной обшивке от действующей ватерлинии должно обеспечивать не вхож дение в воду нижней кромки выреза при статическом крене 10° - для судов шириной В S 10 м; 6° - для судов шириной В > 15 м. Промежуточные значения определяются линей- ной интерполяцией (рис 8.35). Ну и, наконец, к моменту сдачи судна из ре- монта в эксплуатацию его остойчивость и непотопляемость должны пол- ностью отвечать действующим Правилам
9 ГЛАВА СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ СУДНА 9.1. ФОРМАЛЬНАЯ ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ СУДНА А: Проблема обеспечения безопасности судоходства требует разработ- ки методов оценки риска для жизни человека на море Вот традиционный алгоритм анализа риска На первом этапе определяются все опасные ситуации при эксплуата- ции судна. I На втором этапе рассматриваются критерии допустимого риска для выявленных на первом этапе опасных ситуаций На третьем этапе выполняется оценка допустимости риска и его последствий На четвёртом этапе по результатам этой оценки определяются нормы безопасности, пути уменьшения риска и финансовые затраты, связанные с мероприятиями по уменьшению риска Перечисленные этапы в совокупности и составляют формальную оцен- ку безопасности судна (FSA в английском сокращении) Формальную оценку безопасности судна можно начать уже на сталии его проектирования, обрабатывая статистические данные по эксплуатации ана- логичных типов судов и аварийную статистику. Используя аппарат теории надёжности и математической статистики, можно установить степень риска и оценить допустимость данной степени риска. Вопросы FSA сейчас постоянно рассматриваются в ИМО и МАКО’. Сейчас принято «Промежуточное руководство по применению FSA», включающее 5 основных этапов этого процесса: • идентификация опасности с учётом человеческого фактора; • оценка степени риска; • возможности управления риском. ' МАКО — Международна» Ассоциация Кпассифаиаиионми» Обществ С ОстшНикхтъ . чп ж гмое’ (Дялпоп с •лш'жмГ 225
гплал » систол* опйлвпения атэоплсностыо суя<л Возможные причины аварии Рис 9 1 1 - ошибки экипажа 2 - ошибки берегового персонала. 3 - ошибки поймана. 4 - ошибки при расследовании. 5 - поьрождонии кор- пуса. 6 - неисправности моканичас кии установок. 7 - неисправности оборудовании, 6 - другие ошибки •оценка стоимости мероприятии по умен» шеиию риска; • рекомендации по принятию решения. На основании последнего этап производится разработка правил, конвен ций, резолюций и т.д. Какие же основные причины влияют н аварийность флота? Поданным Лондонского P&l Club , возмож ные причины аварий распределяются следующим образом (рис 9 1). При рассмотрении факторов, влияющих ни причины аварий, можно говорить о явном преобладании человеческого фактора над всеми остальными Примерно 60-70% всех аварий на море (по данным ИМО до 80° вызваны ошибками судоводителей, других членов экипажа, лоцманов операторов, диспетчеров и т.д Анализ аварийности судов даёт возможность обобщить причины воз никновения человеческих ошибок в процессе эксплуатации судна (рис. 9.2). Применение методик TSA совместно с МКУБ позволит в значительном степени снизить ошибки, вызванные человеческим фактором, что может дать ощутимый эффект повышения уровня безаварийной работы флота. 9.2. ЧТО ТАКОЕ МКУБ? А: Международная Морская Организация (ИМО) постоянно уделяет вни мание решению вопросов повышения безопасности судоходства Одним из результатов деятельности ИМО в этом направлении стал Между- народный кодекс по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращением загрязнения (МКУБ). МКУБ разработан совместно Ко митетом по безопасности на море и Комитетом по защите морской средь и принят ИМО в 1993 году Его цель - повысить уровень требовании стандартов безопасности и защиты окружающей среды. Каждая судоходная компания должна разработать у себя Систекту управлении безопасностью [СУБ) Принципы фукционирсеанля таких систем применимы к любой Компании независимо от количества судов МКУБ - это стандарт д ля устано ялекмя в Компании системы управлектя безопасной эксплуатацией судов и пре- дотвращении загрязнения. СУБ должна быть сдобрена Правительством госу- дарства, под флагом которого судао имеет граво плавать (Адмтмс |рацией) игм ор- ганизацией, признанной им (в нашей стране это Российский Морской Регистр Судоходства) с последующей выдачей соответствующих документов и свидетельств 226 Ю Млюзв Сс^оинквосг» 4ro 9W > #>won» с кдтшгансм/
i плил > chl 'см* «/равнения ы зоплаостыо судил С ЛЬ. ся тСк’тэычиал'гл Что >п> *ато* ' Щмлога с ипчтиюиГ р*с 82 Вожожнма причины ч«по«вчвсжш ошибоа привоааиме авариям на море 227
1ГИЙА » СИС1ЕМА кПРАЙТЕНИЯ 8Е30ЛА СНОС ГЬЮ СУДНА Соответствие требованиям МКУБ является обязательным. Это требо вание регламентируется главой IX Конвенции СОЛАС-74 и вводится • для танкеров, газовозов, химовозов, навалочных и пассажирских судов - не позднее 1 июля 1998 года. • для остальных судов - не позднее 1 июля 2002 года. По решению ЕЭС (директива ЕС №3051\95, после аварии парома “Эсто- ния") для судов типа ро-ро (пассажирских паромов) работающих в портах Европы МКУБ был введен с 1 июля 1996 г Аналогичные дискримина ционные меры были приняты и США — по отношению к контейнеровозам заходящим в порты США — МКУБ на эти суда введён с 1 июля 1998 г. В процессе внедрения СУБ высшее руководство Компании должно сформировать и документально оформить в письменном виде Политику в области безопасности и защиты окружающей среды и обеспечить ее вы- полнение каждым работником, задействованным в СУБ. Это не формаль ный шаг, это своего рода клятва Гиппократа высшего руководства Компа- нии, которое обязано не декларативно, а практически претворять эту Политику в жизнь, обеспечивая необходимое финансирование. При этом задачи бизнеса (максимальной прибыли) не должны достигаться за счет какого-либо ущемления безопасности. Компания должна четко определить и документально оформить ответст венность всего персонала, задействованного в СУБ. Впервые в морской индустрии одним из важных усповий внедрения СУБ является то, что береговой персонал компании и прежде всего высшее ее руководство наряду с капитанами судов должен нести всю полноту от- ветственности за безопасные условия функционирования всех элементов Компании в цепом При разработке СУБ, учитывая специфику и специализацию Компании должны быть выделены и определены так называемые ключевые процессы и операции, связанные с той или иной степенью риска. Сюда относятся как стандартные операции (выход судна в рейс, постановка на якорь, плавание в зоне разделительного движения, плавание в условиях ограниченной види мости, грузовые операции и т.п), так и связанные с возможностью возник- новения экстремальных ситуаций, включая аварийные (посадка на мель, по- жар. взрыв, столкновение, оказание помощи другим судам, терпящим бедст- вие. нападение пиратов и т.п.). Стратегическая задача при этом - насколь- ко возможно минимизировать все возможные степени риска за счет углуб- ленного предварительного анализа, подготовки и прогнозирования потенци- ально опасных ситуаций или процессов. Для этих целей по МКУБ должны быть вьделены необходимые ресурсы, подго- товлен береговой и суровой квалифицированный персонал, подготовлены планы для проведения операций на судне и планы действий в аварийных ситуациях. 228 О М&до ТХпойчмвость Что это гам» 9 Щлапопя с
rriAtu а сменил усрлвлсния ыэолленостъю судил Помимо этого СУБ должна предусматривать систему отчетов о несоот- ветствиях, аварийных и опасных ситуациях, их анализ. Другими словами, система должна корректироваться и совершенствоваться. Суда и их обо- рудование должны постоянно поддерживаться в функциональногодном состоянии с соблюдением правил и норм Компания должна регулярно проводить внутренние ревизии и оценки эффективности СУБ с доведением результатов этих проверок до задействованного персонала и внедрением корректирующих действий по выявленным несоответствиям Итог работы по сертификации — это получение Компанией Документа о соответствии (ДСК) с указанием заявленного типа судна по СУБ, а для каждого судна — Свидетельства об управлении безопасностью (СВуБ). 9.3. СТРУКТУРА МКУБ МКУБ состоит из 13 разделов Раздел 1 Общие положения В частности, в нём указывается, что самыми важными условиями предуп- реждения аварий на море и загрязнения моря с судов являются проектирова- ние. постройка и эксплуатация судов надлежащим образом подготовленными экипажами в соответствии с Международными конвенциями и стандартами. Раздел 2 Политика в области безопасности и защиты окружающей среды Компания должна оформить в письменном виде Политику в области безо- пасности и защиты окружающей среды и обеспечить ее выполнение каждым работником. Раздел 3 Ответственность и полномочия Компании Компания должна чётко определить и документально оформить ответствен- ность и полномочия всего персонала, вовлечённого в СУБ Раздел 4 Назначенное лицо Компания должна назначить лицо на берегу, ответственное за осуществле- ние постоянного контроля и решения всех вопросов по безопасности судов. Раздел 5 Ответственность и полномочия капитана Капитан несёт ответственность за то. чтобы СУБ работала на судне. Капи- тан должен помогать своему экипажу выполнять требования СУБ и давать ему необходимые указания. Раздел 6 Ресурсы и персонал Компания должна иметь соответствующий персонал на судах и на берегу, который обязан: • знать свои обязанности. • получать инструкции, как выполнять эти обязанности; • получать необходимую подготовку. Раздел 7 Разработка планов для проведения операции на судне Необходимо планировать свою работу на судне и следовать планам при выполнении работ. Ю Игов Нго »го яыв ’ (Нлпогя с «апапам»)* 229
ГЛАВА » СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ 6ЕЗОЛАСНОСТЫО СУОНА Раздел В. Готовность к аварийной ситуации Вы должны быть готовы к неожиданным ситуациям (авариям). Они могу’ произойти в любое время Компания должна разработать для каждого суди планы действия в аварийных ситуациях и проводить учебные тревоги Раздел 9. Отчёты о несоответствиях, аварийных и опасных ситуация* их анализ Ни один человек или система не могут быть совершенными Преиму щество СУБ заключается в том, что вы можете корректировать и совер шенствовать её Если вами обнаружены какие-либо нарушения (в том числе аварии или опасные ситуации), немедленно сообщайте об этом Любое несоответствие будет проанализировано и вся СУБ будет усовершенствована. Раздел 10. Техническое обслуживание и ремонт судна и оборудования Судно и его оборудование должны поддерживаться в технически годном состоянии Вы должны постоянно соблюдать требования обязательны- норм и правил. Вы должны постоянно поддерживать надлежащее техни ческое состояние и обеспечивать периодическую проверку оборудова ния, ответственного за безопасность вашего судна. Раздел 11. Документация Ваша СУБ должна быть задокументирована и управляема Документ» по СУБ должны быть доступны как в береговых подразделениях, так и на судах Компании Вы должны также управлять всеми рабочими докумен тами, относящимися к СУБ (отчёты, акты, письма и т.д ). Раздел 12. Проверка, анализ и оценка, осуществляемые Компанией Компания должна иметь свои собственные внутренние методы, обеспе чивающие функционирование СУБ и её совершенствование Раздел 13. Сертификация, освидетельствование и контроль Администрация им орт анизадая, признанная ею, должна направить аудиторог для проведения освидетельствования СУБ Компании и каждого судна, принадпе жащего этой Компании После подтверждения соответствия СУБ требованиям МКУБ Администрация или признанная организация выдаёт: • Компании - Документ о соответствии СУБ Компании требованиям МКУБ • Каждому судну - Свидетельство об управлении безопасностью. После того как руководители Компании будут уверены, что они готовы к про ведению сертификации на соответствие требованиям МКУБ. они направляют р Регистр Заявку и Лист опроса. 9.4. ЛИСТ ОПРОСА 1. Общие положения 1.1 Компания определила и документально оформила процедуры, опреде- ляющие процессы, которые обеспечивают выполнение обязатегъных норм и правил 230 JQ. Маков tkrofraopcrv- Что это такое* &опопг с капктаг*с*
ГЛАВА S СИСТЕМА гПРАвЛЕНИЯ бЕЗОПАСНОСТЪЮ СУДНА 1.2 Компания разработала, документально оформила, внедрила и поддерживает в действии СУБ. СУБ должна включать: .1 политику в области безопасности и защиты окружающей среды, .2 процедуры и инструкции для обеспечения безопасной эксплуатации судов и защиты окружающей среды, соответствующие международно- му и национальному законодательству; .3 установленный объём полномочий и организацию взаимодействия между береговым и судовым персоналом, а также внутри их; .4 процедуры передачи сообщений о несчастных случаях и авариях, а также несоблюдение требований Правил; .5 процедуры подготовки к аварийным ситуациям и действиям во время аварийных ситуаций 6 процедуры проведения внутренних аудиторских проверок и проце- дуры пересмотра СУБ. 1.3 Компания имеет комплект международных и национальных обяза- тельных норм и правил а также применимых кодексов, руководств и стандартов, относящихся к типам судов, эксплуатируемых Компанией 2. Политика в области безопасности и защиты окружающей среды 2.1 Компания установила политику в области безопасности и защиты окружающей среды, обеспечивающую: - безопасность на море; - предотвращение несчастных случаев, гибели людей, нанесение вреда окружающей среде, в частности, морской среде, нанесение вреда имуществу. 3. Ответственность и полномочия Компании 3.1 Компания определила и документально оформила ответственность, полномочия и взаимодействие всего персонала, который управляет, вы- полняет и проверяет работу, влияющую на безопасность и предотвра- щение загрязнения. 3.2 Компания определила и документально оформила ответственность третьей стороны (субподрядчика), выполняющей какие-либо функции, связанные с эксплуатацией судна (если такие субподрядчики имеются). 4. Назначенное лицо 4.1 Компания назначила на берегу лицо, имеющее (имеющих) прямой доступ к руководству на самом высоком уровне управления, что должно обеспечиваться организационной структурой Компании 4.2 Ответственность и полномочия назначенного лица включают конт- роль, накопление данных и определение корректирующих действий по во- просам управления безопасностью и предотвращением загрязнения, свя- занным с эксплуатацией каждого судна, а также обеспечением достаточ- Ю Шяаа ТЗгрсычммкгь Что эго гамоэ ’ с азлмгАмзм/' 231
глава t сисггча упрАапенкябеэоплсмсх:тыосу>ЦА ных ресурсов и оказанием соответствующей помощи на берегу, если по- требуется 5. Ответственность и полномочия капитана 5.1 Компания установила и документально оформила ответственность капитана в отношении: .1 реализации политики Компании по обеспечению безопасности и за- щите окружающей среды; .2 заинтересованности экипажа судна в соблюдении этой политики; .3 издания соответствующих приказов и распоряжений в ясной и простои форме; .4 проверки выполнения установленных требований; .5 пересмотра СУБ и передачи сообщений Компании о её несоответст виях и обнаруженных недостатках. 6. Ресурсы и персонал 6.1 Компания обеспечивает, чтобы: .1 капитан имел надлежащую квалификацию для командования судном .2 капитан был полностью информирован о СУБ Компании; .3 капитан получал необходимую поддержку для безопасного выполне ния своих обязанностей. 6 2 Компания обеспечивает каждое судно квалифицированным, дипло- мированным и годным по состоянию здоровья персоналом согласно соот ветствующим национальным и международным требованиям 6 3 Компания установила и поддерживает процедуры, обеспечивающие ознакомление с функциональными обязанностями нового персонала и персонала, получившего новое назначение (назначение на другое судно выполнение другой работы, назначение на другую должность и т.п ), кото- рое связано с безопасностью и защитой окружающей среды. 6.4 Компания установила и поддерживает процедуры определения под- готовки персонала и обеспечения всего персонала, имеющего отношение к СУБ, соответствующей подготовкой 7. Разработка планов проведения операций на судне 7.1 Компания установила и поддерживает процедуры разработки пла- нов и инструкций, а также контрольных листов проверки проведения ос- новных операций на судне, относящихся к безопасности судна и пре- дотвращения загрязнения. 7.2 Компания определила и документально оформила для различных ти- пов судов потенциально возможные риски связанные с выполнением ос- новных операций. 8. Готовность к аварийной ситуации 8.1 Компания установила и поддерживает процедуры по выявлению описанию аварийных ситуаций и действиям на судне в потенциально возможных аварийных ситуациях 232 О Цляое ХХчмНмдедь Что гают1 (Опшюш с ллпмгамрм
гплал • систем гпглвпеник веэоплсностыо си>и 8.2 Компания установила программы обучения экипажа и учебных тре- нировок по действиям в аварийных ситуациях 8.3 Компания имеет отчётные документы по проведению учебных тренировок. 9. Сообщения о несоответствиях, несчастных случаях и опасных ситуациях, их анализ 9.1 Компания установила и поддерживает процедуры действий по устра- нению обнаруженных несоответствий. 10. Техническое обслуживание и ремонт судна и оборудования 10 1 Компания установила и поддерживает процедуры обеспечиваю- щие техническое обслуживание и ремонт судна в соответствии с норма- ми и правилами, а также дополнительными требованиями, которые могут быть установлены Компанией. 10 2 Компания установила и поддерживает процедуры для определения оборудования, технических средств и систем внезапный отказ в работе которых может привести к опасной ситуации 10 3 Компания составила перечни оборудования, технических средств и систем, указанных в 10 2. 10 4 Включаются ли в специальные меры регулярные проверки резерв- ного оборудования, устройств или технических средств и систем, которые не используются постоянно 11. Документация по СУБ 111 Компания установила и поддерживает процедуры контроля за все- ми документами и данными, относящимися к СУБ 11 2 Компания обеспечивает: 1 доступность действующих документов во всех подразделениях Ком- пании и на судах, 2 рассмотрение и одобрение уполномоченным персоналом изменений, вносимых в документы. .3 своевременное изъятие потерявших силу документов 11 3 Имеет ли каждое судно полный комплект документации, относя- щийся к этому судну. 12. Проверка, пересмотр и оценка СУБ, осуществляемые Компанией 12 1 Компания проводит внутренние проверки СУБ с целью подтверж- дения того, что деятельность по безопасности и предотвращению загряз- нения соответствует требованиям СУБ 12 2 Компания проводит внутренние проверки и возможные корректи- рующие действия в соответствии с установленными процедурами. 12 3 Компания доводит результаты внутренних проверок и пересмотра СУБ до сведения персонала, ответственного за проверяемый вид деятельности. На рис.9.3 и 9 4 показана схема процесса сертификации СУБ Ю Майра Остин чяаосте Что »го талое > (Ожалогм с лагает ано* 233
ГЛАВА ft СИСТЕМА УПРАВЛСЮЯ ВСХУЫСнОСТЫО СУДНА Рис 9 3 С>вмл сяртифимлкММ СУБ
W ГЛАВА СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В ЗАДАЧАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ МОРЕПЛАВАНИЯ 10.1. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ПОМОЩНИК СУДОВОДИТЕЛЯ К: В последнее время мне приходилось слышать о компьютерных прог- раммах, так называемых ««интеллектуальных системах- Что может дать их использование для судоводителя? А.- Техника и технологии нашего времени оказались настолько слож- ными. что человеку все труднее становится управлять ими и принимать правильные решения Наиболее сложно это в экстремальных ситуациях в условиях острого дефицита времени. Цепь катастроф, выпавших на долю ушедшего столетия, постоянно напоминает нам об ошибках и просчетах, допущенных человеком при эксплуатации сложных инженерных сооружений. Роль человеческого фактора в системе “человек-машина" становится определяющей Помочь человеку разобраться в сложившейся ситуации и принять рациональное решение призваны ««интеллектуальные системы» (ИС) — интеллектуальные помощники операюра (судоводитель, летчик, космонавт и др.), способные следить за окружающей обстановкой и с помощью обратной связи изменять своё поведение. Необходимость использования методов « искусственного интеллекта» (ИИ) в бортовых системах связана с особенностями решаемых задач, которые отличает: • сложность и трудноформализуемость, неопределенность и неполнота исходной информации; • динамическая проблемная область, дефицит времени на принятие решений; Ю Млкм 'Осюичивл ч Что это там» JJmmhvm с алмпантм г 235
i ллл* • системы иск тсс гее много интеппектл в задачах обеспечения везопАОЮсти • непрерывное изменение внешней среды и характеристик динамического объекта Появление ИС в судостроении и морской технике обусловлено стремлени- ем специалистов по «искусственному интеллекту» предоставить судоводите- лю необходимую информацию о состоянии внешней среды (волнение, ветер) и мореходных качеств в различных условиях эксплуатации, в том числе и в экстремальных ситуациях. Эти данные не могут быть получены из судовой документации (информации об остойчивости и непотопляемости) и пред- ставляют собой уникальный материал для принятия решений по управлению судном в сложной гидрометеорологической обстановке. Динамика судна на волнении — одна из сложных проблем, связанных с исследованием взаимодействия судна с внешней средой в штормовых условиях. Неопределенность исходной информации и неполнота данных о физических картинах взаимодействия приводят к необходимости всесто- роннего изучения особенностей поведения судна на волнении как сущест- венно нелинейной динамической системы при различном характере внешних возмущений. Накопление этих данных позволяет обоснованно подойти к решению задачи обеспечения безопасности мореплавания за счет оперативной оценки мореходных качеств и принятию правильных решений с помощью ИС Существуют и более весомые причины, связанные с необходимостью разработки ИС. В первую очередь — это состояние проблемы оператив- ной оценки мореходных качеств судов при эксплуатации Сложность и малоизученность проблемы, чрезвычайное разнообразие, а иногда и про- тиворечивость требований к различным мореходным качествам, значи тельно осложняют оперативное решение практических задач в условиях неопределенности. Основной принцип использования информации в бортовых ИС состоит в том, что на этапе разработки построение системы ведется с привлечением априорных данных (результаты теоретико-экспериментальных исследова- ний. материалы натурных наблюдений, данные проектирования, связанные с расчетом нагрузки, остойчивости, непотопляемости, качки, ходкости и прочности и др). В процессе эксплуатации система функционирует на базе методов и моделей, разработанных с учетом фактической информации об особен- ностях взаимодействия судна с внешней средой, полученных от датчиков измерительной системы Структура математических моделей обеспечи- вает коррекцию ее компонентов с учетом адаптации ИС к различным условиям эксплуатации К: Так что же такое «интеллектуальная система»? А; ИС называют компьютерную систему «искусственного интеллекта», вырабатывающую рекомендации на основе данных динамических изме- ’’’ Ю Мм» Ост<а*чи*осг» что это гное’ /Дкаюкс ипм’люм!
, . 11 г системы искусственного интеллектл в задачах оьеслечениявезопАСности рений, способную самообучаться, изменять свое поведение в зависимо- сти от состояния внешней среды Термин ИС не является общепринятым Он пришел на смену понятия «экспертная система». Обычно «экспертной системой» (ЭС) называли систему «искусственного интеллекта», в осно- ве которой лежали знания экспертов в определенной предметной облас- ти. Постепенно знания экспертов дополнялись данными математического моделирования Появились так называемые «гибридные» ЭС. В основу функционирования ЭС стали включать измерительные системы с раз- ветвленной сетью датчиков Усложнилась конфигурация ЭС. Возникли но- вые знания, новые методы и подходы. От ЭС стали требовать не только выполнения экспертизы рассматриваемой проблемы, но и прогноза раз- вития ситуации с учетом изменения внешней среды. Это потребовало вы- полнения сложных функций связанных с созданием адаптивных моделей и организации процесса самообучения Все большая роль теперь принадлежит данным фактических измерений, которые несут основную информацию о состоянии судна и внешней сре- ды Способность к самообучению и изменению собственного поведения в зависимости от непрерывно изменяющейся внешней среды привела к значительному усложнению системы, усилению ее интеллектуальных функций К разработке ЭС стали привлекать специалистов не только в рассматриваемой предметной области (специалист в области динамики корабля), но и по прикладной математике, нечеткой логике и нейроинфор- матике Обычного персонального компьютера оказалось недостаточно для решения новых классов задач. Появились процессоры нечеткой логи- ки и нейрокомпьютеры Доля непосредственных экспертных знаний в столь сложных технических системах оказалась сравнительно невелика Отдельные ЭС стали объединять в интегрированные ИС. Возникли «бор- товые интеллектуальные комплексы», способные решать многогранные задачи, поставленные перед судном как транспортным средством К: Если ИС способны выступать в роли интеллектуального помощника судоводителя в сложных ситуациях, требующих всестороннего анализа, то, видимо, будущее принадлежит именно таким системам? А: Действительно, ведь не случайно в развитых странах новый XXI век рассматривается как век интеллектуальных технологий Сейчас трудно най- ти область знаний, где бы ни использовались ИС и технологии. Это — техни- ка и экономика, медицина и биология, социальные науки и экология Я уже не говорю о военных приложениях, где интеллектуальные технологии уже давно находят широкое применение, о чем свидетельствуют материалы многочисленных периодических публикаций Ю Мши» Оиа*ч—асть— Что »те> иное * Дмнал» с«ал»'э«ом;' 237
IT--.4 СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОГО ИН ГЕЛЛ f К ГЛ В ЗАДАЧАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ безопасности 10.2. ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И СТРУКТУРА ИС К: Чем же отличается работа ИС от обычной компьютерной программы? А: Программирование ИС имеет свои особенности, что отличает их о’ обычных программ обработки данных. Основное отличие состоит в том что традиционные программы детерминированы, те имеют фиксирован ную последовательность шагов. Программа ИС осуществляет преимуще ственно символьную обработку знаний, пользуясь, подобно человеку, для нахождения удовлетворительного результата эвристическим поиском ре шения. Повышение “интеллекта" компьютерной программы в ИС достига ется за счет усложнения её организации и структуры Суть технологичес ких изменений, связанных с появлением ИС, определяется выделением в алгоритме программы некоторой универсальной части, получившей на звание «логического вывода». Эта часть отделена от части, зависящей от предметной области - -базы знаний». В ИС также повышается уровень взаимодействия пользователя и компьютерной программы за счет ис- пользования «интеллектуального интерфейса- Успешному развитию ИС способствует интегрируемость с другими интеллектуальными технология ми и программными средствами, открытость и переносимость, использо вание языков традиционного программирования и переход к проблемно- ориентированным ИС К; Вы затронули вопрос об организации ИС. Как же представить ее схему? А: ИС отличает наличие трех важных компонентов базы знаний механизма логического вывода и системы объяснений Алгоритм решений в ИС заранее неизвестен и строится самой системой. ИС "осознает полученное решение в терминах судоводителя и обладает “способностью анализа и объяснения своих действий, обеспечивая при этом "дружественный" интерфейс с пользователем ИС может самообучаться приобретая новые знания, и изменять свое поведение в соответствии с реальной обстановкой Таким образом. ИС является не только источником полезной информации но и подсказывает необходимое направление решения задачи, развивает цепочки умозаключений и объясняет свои действия Накопленная в процессе использования ИС информация о состоянии внешней среды и поведении судна в различных условиях эксплуатации представляет собой уникальный экспериментальный материал для совершенствования теории и практики проектирования судов Базовая структура современных ИС характеризуется наличием следую щих составляющих • измерительная система, включающая датчики исходной информации и модуль ее преобразования и ввода в компьютер; • интеллектуальная часть системы, состоящая из базы данных (рабочей памяти) и базы знаний, решателя (интерпретатора), «объяснительной- 238 О- Маков ТЭс’оИмявхх гь Что эю ’ ДОядек* с капитаном f
• СИС7Сиы НСКУСШВЬНнОГО HHU7W КТЛ в ЗАД4ЧАЛ ОЬЕСПЕ'ЧНИЯ ЫЗОЛЛСНОСТИ составляющей, составляющих преобразования знаний и диалоговой, • средства представления графической информации и документиро- вания результатов экспертизы и прогноза. В основе разработанной модели базы знаний лежит логическая структура, включающая в себя оценки ситуаций и распознавания сложной иерархичес- кой системы в условиях неполноты и неопределенности информации. Модели принятия решений ориентированы на использование фактических данных из- II iMepvMiit uitpciuputeiMt» Л1М.И1 Liin.iuun и иирлкшл ШртШШ ннфпрммни pcniWClLHIIHII Рис ТОЛ Структурная схема ИС 1 Опок ватчиаоп, 2 • модуль преобразования искомой информации. 3 коммутатор. 4 АЦП. 5 интерфейс; 6 экспертная система; 7 - база данных, в - база знании; 9 - механизм выворд мерений процессов взаимодействия судна с внешней средой. Система знаний создана путем анализа знаний о динамике судна в различных условиях экс- плуатации Механизм логического вывода ориентирован на использование «нечетких рассуждений». Методологической основой для построения проце- дур принятия решений в этих условиях служит концепция «нечетких цепей». Наряду с эвристическими методами «искусственного интеллекта» система со- держит значительный объем операций, связанных с привлечением численных и алгоритмических методов Это позволяет повысить эффективность приня- тия решений в экстремальных ситуациях Общая структурная схема ИС (рис. 10.1) содержит основные элементы си- стемы. осуществляющие измерение и предварительную обработку поступа- Ю. Аваксе* 'Ос^мявоста.. что эго гаяое 7 {Цмл.у.*» с кдлитэнсл*г 239
11 AHA СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В ЗАДАЧАХ О6ЕСЛЕЧЕНИЯ 6ЕЗООАСНОСТИ ющей с датчиков информации, анализ ситуации, прогноз ее развития и вы работку практических рекомендаций, вывод результатов анализа и прогно за на дисплей и документирования полученных данных с помощью принте- ра. Таким образом, ИС на борту судна играет роль «черного ящика», успеш но используемого в практике эксплуатации летательных аппаратов 10.3. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И ОПЕРАЦИИ. ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ИС А: В состав ИС входят: предметно-ориентированная база знаний, про граммно-аппаратные средства работы с датчиками и набор программ пред верительной обработки информации, средства хранения данных о состоя- нии судна. Система содержит также средства статистической обработки данных, построения и корректировки математических моделей, средства ор- ганизации интерфейса «судоводитель - ИС», графической интерпретации базы данных и результатов работы системы. Чаще всего ИС ориентируются на обычную персональную ЭВМ и пишутся на одном из алгоритмических языков высокого уровня. Техническими средствами системы являются: • бортовая персональная ЭВМ стандартной конфигурации; • измерительная система, обеспечивающая контроль состояния внеш- ней среды и динамических характеристик судна на волнении; • модуль преобразования исходной информации и ввода ее в ЭВМ Техническая характеристика системы: Число измерительных каналов 6-8 Диапазон измерения угловых перемещений, град при бортовой качке до 60 при килевой качке до 15 Гарантированное время реакции после получения информации от датчиков, сек до 10 Надежность системы, % 80-95. Последовательность операций, выполняемых ИС. зависит от назначе- ния системы. Для ИС "Мореходность’ характерны следующие операции • анализ и прогноз характеристик волнения и ветра (средняя высота, длина и период волны, высота волны 3%-нои обеспеченности и значи- тельная высота волны, статистические характеристики ветрового потока; по требованию судоводителя могут быть представлены спект- ральные плотности и соответствующие корреляционные функции ветро-волновых попей); • оценка и прогноз мореходных качеств судна (остойчивость, качка, заливаемость, включая анализ и прогноз остойчивости в условиях усиливающегося шторма и интенсивного обледенения); 240 Ю Макс* Остоачивость Что это гадое ’ с i
слава ’ а систем» искусственного интепггктл в задачах омспечетя ыэоплсностм • выбор оптимального курсового угла и скорости судна, исходя из обеспечения остойчивости, качки, ходкости и прочности на волнении; • оценка и прогноз потери скорости судна при обрастании корпуса, оп- ределения влияния мелководья на посадку судна; • выдача практических рекомендаций по обеспечению безопасности эксплуатации судна. Система дополняется также задачами, связанными с оценкой влияния сле- минга и общей продольной прочности Учет этих факторов необходим при анализе ситуации, связанной с выбором безопасных условий штормования ИС •Непотопляемость’ выполняет операции: • оценка опасности ситуации; • прогноз интервала времени до наступления критических условий по плавучести и остойчивости аварийного судна, • оперативный контроль положения аварийной ватерлинии, метацентри- ческой высоты и диаграммы остойчивости поврежденного судна на волнении. • идентификация случая затопления и оценка поведения поврежденного судна на волнении; • выдача практических рекомендаций по обеспечению безопасности поврежденного судна. Оценка и прогноз динамики внешней среды является общим для рас сматриваемых ИС Однако работа базы знаний при решении задач море- ходности и непотопляемости в процессе функционирования ИС сущест- венно различна (рис. 10 2). Одной из важных особенностей ИС обеспечения безопасности морепла- вания является возможность принятия решении в зависимости от получен- ных результатов измерений с последующим изменением своего поведения на базе адекватных алгоритмов Самообучение и возможность контроля своей работоспособности за счет автоматической самопроверки и самока- либровки измерительных каналов — стандартные операции, определяемые в процессе разработки ИС реального времени 10.4. ПРИОБРЕТЕНИЕ И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗНАНИЙ В ИС К: Вы много раз использовали понятия “знание" и "база знаний". Объяс- ните их. А.* Информационные потоки, с которыми оперирует ИС. включают в себя информацию, содержащуюся в программах, выполненных в процес- се решения задачи, и данные, с которыми эти программы работают. Переход от «данных» к «знаниям» является закономерным следствием развития и усложнения информационных структур. Система знаний ИС создается на основе анализа, систематизации и структуризации противоречивых, несоизмеримых и беспорядочных знаний. Ю Мак» Ос’оНимхгк 4TV »п> гм<* (Цнмоги с urwraaow)' 241
4'u сжп^искуссгжнногоинтгппскта в задачах обеспечения бсзопасностм <ХО-У(О 242 Ю М«» ГЗегойчааосгь 4w m гамм ? 0шкп> с «аптмомГ
ГПМ> ' CtKTtMUHCKVCCTWf+ЮГО ЮППЛГKT* В 34ДАЧДХ О6ССЛЕ««НИЯ ВеЗОПАСКОСТИ являющихся результатом умственной деятельности человека Пересмотр, упорядочение и уточнение знаний позволяют сформулировать точные и дос- тупные всем знания На данной стадии изучения предметной области, связанной с динамикой судна на волнении, большая часть знаний ока- зывается практически недоссягаемой для внешнего доступа. Образно представляя фонд накопленных знании в виде быстро сужающей- ся пирамиды (рис. Ю З), можно выделить самый значительный по объему слой, расположенный в ее основании (затененный слой) Это индивидуально накопленные профессиональные знания и навыки опытных капитанов, спе- циалистов по безопасности мореплавания — знания экспертов в данной предметной области. Часть этих знаний, которая может быть передана в про- цессе длительной совместной деятельности, лежит выше указанного слоя и занимает значительно меньший объем. Следующий слой характеризует зна- ния. которые передаются в рамках традицион- ной педагогической процедуры обучения при получении квалификации И только вершину пирамиды занимают знания, которые могут быть легко формализованы При построении ИС создается модель чело- веческого знания, с помощью которой можно сформулировать практические рекомендации, основанные не только на достижениях теорети- ко-экспериментальных исследовании в рас- сматриваемой предметной области, но и на ин- дивидуально накопленных профессиональных знаниях специалистов-экспертов, объем кото- рых занимает большую часть пирамиды зна- ний Именно эти знания определяют уровень и глубину экспертизы при выдаче практических рекомендаций ИС. Поэтому при разработке ИС уделяется большое внимание предложениям опытных капитанов по совершенствованию знаний и формам оперативного их представле- Рис 10-3 Пирам1ша знаний. 1 - имдииипуапьно на<олпенньму профессиомапкиые знания и на- яы«и спаииалистое мспаргов; 2 - час1* инпявкадувльно наюлпеи ныа моим. гврвавваемвя • процессе соемесгной проиэеоа- et венной деятельности; 3 - таим*, получаемые в процессе профсссионапаной пов'О’овки в рамка» традиционной педаго- гической лвяталмтости; 4 - форматиовамше знания. прел стаапеннье в вице математичес- ки» мооегей, функциональны» и критериальны! соотноиюикй ния на экране дисплея. Многочисленные встречи и дискуссии, в том числе и с зарубежными специалистами, способствуют улучшению “интеллектуальных возможностей' системы в процессе ее функционирования За счет усложнения функций ИС база знании непрерывно расширяется и корректируется Возможность модернизации базы знаний предусматрива- ется и в случае ее пополнения новьми теоретико-экспериментальными дан- ными, результатами практических наблюдений и опыта мореплавания. Об- новление знаний привадит к изменению правил, на которых основаны прак- тические рекомендации Поэтому ранее накопленные знания становятся С Мним Ос ай- —чс г» Что кго 4 е нпклчж/ 243
кал системы искусственного интеллект* в задачах Обеспечения бсзопасностм неадекватными и выводятся из базы знаний. Процесс обновления и обога- щения информации является характерной особенностью функционирования ИС, выполняющих сложные и ответственные задачи контроля и управления судном, особенно в условиях дефицита времени и ресурсов По мере совершенствования технологии ИС, требующей постоянного взаимодействия знании с данными, существующая достаточно четкая грань между знаниями и данными постепенно сглаживается К: Очевидно, что «наполнение» знаниями ИС - очень важный процесс. Как же приобретаются знания? А: Приобретение знаний связано с передачей знаний от источника инфор- мации (эксперт, специальная литература, справочно-нормативные материа- лы. набор данных и др) в базу знаний ИС Процесс приобретения знаний чрезвычайно важен и сложен и является одним из узких мест при разработ- ке ИС. В этом процессе обычно участвуют специалисты двух направлении эксперт и инженер по знаниям (аналитик). Получая сведения от эксперта, аналитик в соответствии со специальными правилами загружает их в базу знаний. При такой организации инженер по знаниям служит «интерфейсом» (каналом связи) в цепочке “эксперт база знаний", что избавляет эксперта от знания достаточно сложной системы правил и языков структурирования зна- ний. Терминология, используемая экспертом, часто оказывается не приме- нимой для загрузки в базу знаний, и при совместном взаимодействии расши- ряется и уточняется. В сложных ситуациях в осуществлении процесса приоб- ретения знаний принимают участие также и программисты. В результате ор- ганизуется цепочка взаимодействия специалистов трех направлений "экс- перт — инженер по знаниям — программист”. Процесс приобретения знаний характеризуется последовательностью решения задач: • определение необходимости модификации (расширения) знаний; • извлечение знаний в случае модификации (при отсутствии модификации процесс заканчивается); • преобразование новых знании в форму. "понятную" ИС Далее осуществляется модификация знаний и переход к первой задаче. Современные разработки ИС характеризуются использованием новых форм приобретения знаний подобно тому, как это делает человек: анализируя данные, программа автоматически формирует правила, описывающие предметную область Ещв больший эффект достигается в случае приобретения знаний непос- редственно из текстов на естественном языке 105. МЕТОДЫ И МОДЕЛИ. АДАПТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ К,- Как описываются ветер волнение, поведение судна в ИС9 А.- При создании ИС обеспечения безопасности мореплавания находят приме- нение метс**>1 исследования существенно нелинейных динамических систем. 244 М—орТРсгойчирост» *<тр утр гаяи» с жднигхамГ
глава о системы искусстве иного интелпектл н задачах озеленения ызопасности Наибольший практический интерес представляют вероятностные модели построение которых в реальном масштабе времени ведется с использовани- ем методов идентификации, статистического и спектрального анализа. Ука- занные методы находят применение при оценке параметров внешних возму- щений (волнение, ветер) и коэффициентов дифференциальных уравнений, описьвающих динамику судна при взаимодействии с внешней средой. Эти данные позволяют реализовать вероятностный алгоритм оценки фактической остойчивости судна и вероятность опрокидывания в зависимости от развития колебательного движения судна на волнении. Исходная информация для ре шения этой задачи устанавливается по данным динамических измерений. При оценке и прогнозировании развития экстремальной ситуации находят применение статистические модели. С помощью таких моделей ведется оценка метацентрической высоты и параметров аварийной ватерлинии, по- тери скорости хода на волнении и других характеристик Большое значение имеет статистическая обработка измерительной информации в задачах предсказания эвопюции динамических характеристик и временных интерва- лов, определяющих безопасность судна при усиливающемся шторме и ин- тенсивном обледенении Другие модели связаны с оценкой случая затопления при обеспечении непотопляемости, а также при реализации прикладных задач управления и принятия решений (анализ альтернатив, распознавание экстремальных ситуации и др). Использование математического аппарата, получившего название концепции «мягких вычислений» (soft computing), открывает большие возможности решения задач управления, распознавания и класси- фикации на основе новых информационных технологий, ориентированных на применение в ИС принципиально новой архитектуры и элементной базы Следует отметить, что указанные достаточно сложные математические методы, обеспечивающие функционирование ИС, остаются как бы “за экра- ном". Судоводителю совершенно не нужно знать не только принципы работы используемых алгоритмов, но и терминологию этого математического аппарата. Вся информация о работе ИС представляется в виде простых текстовых сообщений и легко интерпретируемых графических образов Одна из особенностей вычислительной технологии при создании ИС - воз- можность адаптации к изменяющимся внешним условиям. Организация этой технологии предполагает наличие функциональной подпрограммы, обеспе- чивающей управление и оценку параметров моделей на основании процедур принятия решений и самообучения В зависимости от особенностей решае- мых задач, используемые в ИС адаптивные алгоритмы построены на базе эталонных моделей и моделей переменной структуры Адаптивные алгорит- мы обеспечивают важнейшее качество функционирования ИС - возмож- ность изменять свое поведение в зависимости от состояния внешней среды и особенностей ее взаимодействия с судном а также обучаться на своем О Мачо» ОстоЫмткп Что это гмое’ tHanon с мптмиа)" 245
: пава системы искусственного интсллога в задачах Обеспечения безопасности опыте Реализация этого принципа достигается на основе измерительной ин формации при построении и "настройке" математических моделей 10.6. ИНТЕРФЕЙС -СУДОВОДИТЕЛЬ - ИС* К: Меня немного смущает, как я смогу общаться с таким «умным» компьютером? Смогу пи я понимать его, а он меня? А: Понятие интеллектуального (дружественного) интерфейса связано с использованием современных форм ведения диалога на профессиональ- ном естественном языке, объяснение на содержательном уровне ошибок, допущенных при вводе, советы и помощь при моделировании и корректи- ровке входных данных «Интеллектуальный интерфейс» является важней- шим элементом ИС, организующим взаимодействие между судоводите- лем и системой, а также всех подсистем между собой. В осуществлении интерфейса "человек-компьютер" важное значение имеют процессы: • зрительного восприятия, анализа и описания внешней среды (процесс распознавания); • образного отображения состояния внешней среды и динамики судна (процесс взаимодействия). Обмен информацией между оператором и ИС обеспечивается с по- мощью текстовых сообщений и изображений При этом представление в виде зрительных образов является наиболее информационно ёмким. В отдельных ситуациях процесс образного отображения открывает перед судоводителем значительно большие возможности, чем непосредствен- ное наблюдение реальной картины взаимодействия судна с внешней сре- дой. В результате распознавания ситуаций формируется информация, направленная для организации процесса образного отображения данных о состоянии судна в текущий момент времени В бортовых ИС реального времени организация интеллектуального ин- терфейса имеет свои особенности При этом обеспечивается автомати- зация решения наиболее трудоемких задач, требующих высокой частоты решения на базе достижений ИИ. Среди них на первый план следует вынести задачи, связанные с возникновением нештатных ситуаций (НС): • обнаружение, распознавание и классификация НС; • прогнозирование развития и последствий НС; • формирование вариантов выхода из НС и прогнозирование последствий реализации этих вариантов. Типичными НС в судовых ИС реального времени могут быть наличие качки большой амплитуды в резонансных условиях, приводящее к резко- му снижению сопротивляемости судна внешним кренящим нагрузкам и ухудшению обитаемости, возникновение аварийных ситуаций при затоп- лении отсеков, жестокий шторм, интенсивное обледенение и др. 246 Jb. Ш— ЧЗГОмЬ —ОСТ» Чк • ’4МОМ/
ГГ-М 1 CHCTt МЫ ИСКУССТВСГ^ОГОИНТ^ТГГКГА В ЗАДАЧА» Обеспечения иЗОЛАСНХГИ При работе ИС возможны ситуации, когда ни один из способов, предло- женных ИС. не удовлетворяет капитана с точки зрения применимости к реальным условиям. В этом случае судоводитель самостоятельно на основе опыта эксплуатации и данных о фактических характеристиках внешних условий и динамики судна разрабатывает способ выхода из МС. Компьютер при этом сообщит прогноз последствии от реализации приня- тых мероприятий Функции интеллектуального интерфейса в этих усло- виях заключаются в обеспечении судоводителя всеми доступными данны- ми, включая результаты имитационного моделирования взаимодействия судна с внешней средой для различных вариантов при выборе решения Моделирование и интерпретация моделей — основное средство и инст- румент анализа сложных процессов и явлений в ИС реального времени Отображение развития ситуации с учетом данных измерений в графичес- ком режиме осуществляется с помощью интерактивных программных средств, реализующих диалоговое взаимодействие судоводителя с ИС Динамическая модель работает совместно с графическим интерфейсом, обеспечивающим наглядное отображение процесса развития ситуации, индикацию внешних воздействий и оперативного изменения управляю- щих сигналов. Анимация — мощное графическое средство В бортовых ИС его используют для наглядного представления динамических сцен Цепь ани мации — “оживить" изображаемые объекты путем изменения их местопо- ложения, формы, размеров, ориентации, цвета и т.п Наглядное представление информации на экране дисплея с помощью графичес- ких образов позволило создать удобное средство отображения фактических дан- ных об остойчивости судна как во време- ни, так и в пространстве. На рис 10.4 указаны области неблагоприятной остой- чивости, а на рис. 10.5 - область интен- сивного обледенения в зависимости от Рис 10 4 Г рафичвежая имтерпрвтвиия результатов мровтностмой оценке остойчивое** сурна на волнении курсового угла и скорости движения суд- на на волнении. Области неблагоприятной остойчивости на рис. 10.4 указаны кривыми, напоминающими форму эллипса, для 6, 7, в и 9-балльного волнения Область, соответствующая данным измерений в рассматриваемый момент времени, затенена. Кон- центрические окружности - линии постоянной скорости судна, а лучи - курсовой угол по отношению к волне Ю Мааса ГХ,’ии‘|И»м.сга что его г**ое ’Диалоги с клгшпнои 247
«да * • систем искусственного интеллектл в задачах обеспечения везопАСности Рис. 10 5 Графическая интерпретация результатов оценки влияния обледенения (серым цветом умазана область интенсивного обледенения) Как видно из диаграммы, с ростом балльности волнения области неблаго- приятной остойчивости расширяются. В целом диаграмма свидетельствует об ухудшении остойчивости при различных курсовых углах на попутном волнении и при положении судна лагом к набегающему вол- нению. При оценке остойчивости в условиях эксплуатации область неблагоприятной остой чивости рассчитывается для заданных пара метров волнения и нагрузки судна на момент измерений и соответствует вероятности опро- кидывания 95%. Расчёт ведётся на основании стохастической модели, разработанной авто- ром. Реализация алгоритмов обработки инфор- мации при оперативной оценке и прогнози- ровании НС осуществляется с учетом требо- ваний к заданной точности, компактности вычислительной схемы и возможности адаптации к изменяющимся внешним условиям. Вся информация о работе ИС "Мореходность" представляется на двух последовательно следующих друг за другом экранах На первом экране (рис. 10.6) приведены данные динамических измерений процессов колебательного движения судна на волнении при бортовой и килевой качке Для наглядности здесь также изображены продольный и поперечный вид судна с непрерывно изменяющейся во времени ватерли- нией. В процессе накопления измерительной информации судоводитель наблюдает за особенностями протекающих процессов и поведения судна при качке на волнении. После накопления и обработки информации автоматически включается второй экран (рис 107), на котором в удобном для восприятия виде пред- ставлены результаты анализа и работы системы. В верхней части экрана представлены данные, характеризующие оценку опасности ситуации, ее классификация и практические рекомен- дации. В средней части экрана приведены результаты оценки бортовой и килевой качки (средние значения амплитуд и периодов, амплитуды 3%- ной обеспеченности и др). Ниже дается оценка параметров волнения (высота волны 3%-ной обеспеченности или значительная высота волнения, принятая в международной практике мореплавания, средний период и длина волны) и прогноз этих характеристик на 4 и 8 часов вперед. 24в О Мллая *Оггоичмвосгь Что яго гмав? (&вллопв с
• /инд системы исмусс шейного мнгЕллЕд тд в задачах обеспечения веэолАсносп* Рис 10 6 Представление «мформации в процессе функционирования ингелпдаиуапыюй системы -Мсремовносты Рис 10 7 Релугътатн оценки исследуемой ситуации Ю иллаи -Осгойчмьоси Что »то талое? с нап^гл^юч,' 249
глава ш системы искусственного интеллекта в задачах обеспечения ызопасности В процессе консультации с ИС судоводитель может запросить объяснение хода её рассуждений Для этого используются кнопки KAK?(HOW?) и DO4EMy?(WHY?) экрана (рис. 10.7). На вопрос ПОЧЕМУ система распечатывает на верхнем поле экрана относящееся к действию правило и соответствующие предпосылки Объяснение содержит перечень посылок и выводов, имеющих вид обыч- ного текста на естественном языке Запись ведётся в логической после- довательности действий, приводящих к текущему выводу или вопросу Обеспечение естественности общения достигается за счёт преобразова- ния входного языка во внутреннее представление и наоборот. Это обеспечивает ввод и вывод информации в форме, удобной и привычной для судоводителя. Ответ на вопрос КАК связан с движением по «дереву целей» в обратном направлении и объяснением, как достигается заданная цель. Специфика предметной области ИС позволяет значительно упростить систему причин- ных и функциональных (целевых) объяснений за счёт генерации ответа о ди- намических и статических знаниях непосредственно из программных кодов Дополнительно к этому используется способ получения информации о рабо- те программы, состоящий в запоминании ответов на вопросы, сформулиро- ванные на ограниченном естественном языке. В ходе диалога фокусируются особенности анализируемой ситуации, производится оценка поведения судна и обсуждаются рекомендации по обеспечению мореходных качеств судна. По окончании сеанса работы по запросу судоводителя ИС выдаёт полный ход рассуждений, связанный с анализом исследуемой ситуации Оценка ситуации производится как идентификация взаимосвязи между картиной наблюдаемого поведения судна, свойственной конкретной ситуации, и характеристикой ситуации. В качестве примера рассмотрим последовательность диалога в случае, когда рассматриваемая ситуация идентифицируется ИС как режим основного резонанса бортовой качки. На вопрос, ПОЧЕМУ система пришла к такому выводу, на экран выводится ответ: Амплитуда бортовой качки превышает значение 0т, определенное нера- венством 0*0 • ГС’ Период крупных вынужденных колебаний т, (кажущийся период) близок к собственному периоду бортовой качки тг т е 0 8 тв < т„ < 1.2 т„. ВЫВОД судно находится в режиме основного резонанса бортовой качки Следует заметить, что система чётко разделяет случаи основного и парамет- рического резонансов, используя соответствующие правила вывода. Нажатием кнопки РЕКОМЕНДАЦИИ (REC) на экран выдается диаграмма качки, на которой показана точка, соответствующая замеренным значениям скорости судна v и курсового угла <р (рис 10 8) Эта диаграмма дополняется кривыми изменения метацентрической высоты h, максимальных напряже- 250 Ю Uiuroa 1)стойчмвосгь что >го гдко» * с «дшггвмом/
гл-чы системы искУсегжннотинтцукктА в задачах овеспечснияызопАСмсх:ти Рис 10.81Ъ*аграмма*лчш|А) и кривые измаивмвя мв'аивнтэичвсжсй высоты Л. ппйстаукхии» нагряже •ям л и гицроеарсшанаммесжого сопротивление И а зависимости от курсового угла сурна по о-ноые~ию < волне »(Б). «МУ ооогавгсгвув’ встречному волнению 1 - обпесть неблагоприятной бортовой качги. 2 - об- ласть неблагоприятной килееои качай ний, действующих в корпусе судна при общем продольном изгибе <т, и полно- го гидроаэродинамического сопротивления R в зависимости от курсового уг- ла Все эти данные устанавливаются ИС в результате обработки измери- тельной информации в реальном масштабе времени Диаграмма рис. 10 8 Б даёт дополнительную информацию капитану при принятии решения об изменении курсового угла и скорости судна. Здесь представлены графики изменения метацентрической высоты Л, суммар- ных напряжений а и гидроаэродинамического сопротивления Я в зависи- мости от курсового угла по отношению к волне для скорости, соответст- вующей текущей точке на рис. 10.8 А Построение этой диаграммы ведётся в реальном масштабе времени для заданных пара- метров волнения и нагрузки судна в момент измерений. Горизонтальные линии и ха- рактеризуют допустимые значения метацентрической высоты и действу- ющих напряжений в неблагоприят- ных связях корпуса Кривая R дается для общего представления об изме- нении сопротивления судна на вол- нении в зависимости от курсового уг- ла. Капитан, анализируя все выве- денные на экран данные, принимает решение по управлению судном в сложившейся ситуации. Если сниже- ние скорости нецелесообразно то кривая R служит своеобразным ори- ентиром при выборе правильного ре- шения Обычно рассматриваемая на рис. 10.8 диаграмма строится не для всего диапазона курсовых углов, а в окрестности фактически измеренного значения <р0 (около ±30°), что позволяет более оперативно исследовать реальную ситуацию. Представленные кривые свидетельствуют о сильном изменении указан- ных характеристик на волнении - резком уменьшении метацентрической высоты на попутном волнении и сложном изменении кривых о и Я Причём обычное значение метацентрической высоты, используемое в технической документации по остойчивости, относится к положению судна на тихой воде и соответствует случаю движения судна лагом к на- О Ыыое ГЗегаячмосп Что эго гмое * Дшяоги с unnmi' 251
ГЛАВА СИСТГМЫ ИСКУССТВСННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В ЗАДАЧАХ ОЫСПСченИЯ ЫЭОПАСИОСТИ бегающему волнению (р=90°). В других ситуациях метацентрическая высота претерпевает значительные изменения на попутном волнении она уменьшается, а на встречном - увеличивается. Используя указанные диаграммы, судоводитель самостоятельно выби- рает наилучшие условия штормования Такая процедура принята по пред ложению капитанов, которые хорошо знакомы с диаграммой качки и час- то используют её в практических задачах ИС также решает эту задачу и выдаёт необходимые значения v и <р. исходя из обеспечения требовании к остойчивости и качке, ходкости и прочности судна на волнении Однако здесь отдаётся дань практическому опыту судоводителей, которым для принятия решения в этом случае следует представить информацию о фак тическом состоянии судна и внешней среды. На вопрос КАК система, используя обратную цепочку вывода, объяс- няет судоводителю, каким образом достигается заданная цепь: Основной резонанс бортовой качки возникает при условии ЕСЛИ период крупных вынужденных колебаний близок к собственному периоду бортовой качки т,, т е. 0.0 т(1 < t, < 1.2 г,, и амплитуда бортовой качки в превышает значение Вт, т е. 6>6„,. По запросу судоводителя для более детального анализа ситуации на экран вызывается соответствующая графическая информация. Разработка простого и удобного интерфейса с судоводителем, не имею- щим навыков общения с компьютером, является одним из важнейших требований программного обеспечения ИС Наиболее удобный способ общения, используемый в системе при анализе сложных ситуаций - ре- жим диалога с выводом информации в виде графических образов Среди таких ситуаций следует выделить потерю остойчивости судна на попутном волнении, «захват» и разворот судна (явление «брочинг»), резкое сниже- ние начальной метацентрической высоты, воздействие разрушающегося и пирамидального волнения, тяжелое обледенение и др. Все эти ситуации характеризуются достаточно сложными картинами вза- имодействия судна с внешней средой. Поэтому важно представить судово- дителю не логику анализа (она трудно воспринимается в условиях острого дефицита времени), а простые и легко интерпретируемые графические об- разы Например, стремительный дрейф и опрокидывание судна в результа- те удара разрушающейся волны, движение судна в результате «захвата» и разворота на попутном волнении, интенсивное нарастание льда и потеря ос- тойчивости в условиях тяжелого обледенения и др. Указанные динамические картины сопровождаются простыми коммен- тариями, затрагивающими только физику явления, а не последователь- ность работы чрезвычайно сложного математического аппарата Анализ динамики судна в экстремальных ситуациях осуществляется с помощью специальной программы, реализующей данные имитационного модепиро- 252 «0 МтМОв Осгойчжем. ’е.. чтогз гадое’ (Дмвлогм с клгнгтамон/'
ГНАВЛ to системы искусственного HhHJVVKTK Я ЗАДАЧАХ Г№ГСЛРЧГнИЯ безопасное ти вания в виде цветной трехмерной графики В случае необходимости судо- водителю предоставляется возможность манипулирования элементами изображения, видоизменения модели и передачи данных контролирую- щему устройству для проведения повторного анализа. Информационные процессы при функционировании ИС "Непотопляе- мость" направлены на распознавание и образное отображение состояния системы "аварийное судно - внешняя среда", а также осуществление ин- теллектуального интерфейса между судоводителем и ИС. Выводимая на экран информация характеризует динамику изменения положения ава- рийной ватерпинии и процесса затопления отсека При этом текущие зна- чения равновесных углов крена и дифферента выводятся на экран с ин- тервалом 1-2 мин. Контроль аварийной ситуации осуществляется непре- рывно с момента ее возникновения Результаты прогноза времени до на- ступления опасных условий по плавучести и остойчивости аварийного судна представляются в виде критического интервала времени, непре- рывно корректирующегося в процессе развития аварии Особое внимание уделяется функционированию ИС в реальном масштабе времени Понятие реального времени обычно связывают с быстротой обра- ботки информации или с реакцией системы на поступающую информацию со скоростью ее поступления. Важнейшим параметром реального времени яв- ляется время реакции, т е время, необходимое для распознавания внешне- го воздействия и формирования соответствующего сигнала Принято счи- тать, что ИС работает в реальном масштабе времени, если гарантированно обеспечивается время реакции, не превышающее заданное Время реакции определяется условиями задачи Для судовых ИС обеспечения безопаснос- ти мореплавания оно составляет до 10 секунд. 10.7. НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ИС К; Насколько все эти рассуждения соответствуют практике? Прово- дились ли испытания ИС в морских условиях? Если да. то какие получены результаты? А: Натурные испытания ИС проведены на борту танкера в Балтийском море, на контейнеровозе — во время регулярного рейса в Средиземном море и Атлантическом океане, а также на малом судне в Черном море Наиболее полное исследование функционирования ИС было выполнено на малом судне, где режимы движения на волнении выбирались по спе- циально разработанной программе. В процессе опытной эксплуатации осуществлялись измерения динами- ческих характеристик, адаптация и доводка системы, выявление новых знаний о поведении судна на волнении и интеграция их со старыми Осо- бый практический интерес представляла проверка работоспособности ис- пользуемых методов оценки и прогноза параметров морского волнения. Ю ЫАша Что и» пявкГфЬмяю с ЖАЛИ1АИО*»/* 253
ГГМКЛ ОКТГМЫ fKKtXXreeHHOTO ИНПЛ/КЯГА в ЗАДАЧАХ ОЫС1Л^НИЯ беЖ>ПАСМОСГМ характеристик поперечной остойчивости и реакция базы знаний на стан дартные ситуации, возникающие в реальных морских условиях Это поз волило откорректировать математические модели взаимодействия судна с внешней средой, механизм логического вывода и процедуры принятия решений. Сравнительные данные о различных способах измерения пара- метров волнения содержатся в таблице (Таблица 10.1). Таблица 10.1 Измерение» зна .ени» высоты волны 3%-ной обеспеченности 1 •И.1ИСММИ Лакрнмй лзгчик В<» UKM раф ПЬМ2 Струимый вотки риф Ра фаски аиный ж-морыгы Максимальное [WU83K.KIIHC.*« 1 • 1.17 1.» 5.1 4 1.8 . U4 1.76 1.85 «3 5 м» J.I7 _ • 3.4 в 5.72 5,61 • 5.83 З.Ч Из неё следует, что используемый в ИС подход к оценке волнового режи- ма на основе методов идентификации дает удовлетворительные результаты, согласующиеся с данными непосредственных измерений с помощью стан- дартных волномерных приборов и систем (струнный волнограф, лазерный датчик, волнограф ГМ-32). Прогноз параметров волнения осуществлялся с помощью адаптивной мо- дели с упреждением на 4 и 8 часов. Контроль этих данных путем проведе- ния независимых измерений свидетельствует о работоспособности приме- ненной процедуры адаптации прогнозируемой модели (Таблица 10.2). Таблица 10 2 Результаты лрогнеэироввиия высоты волны 3%-ной обеспеченности Сим «мнения (баллы) Упреждение 4 часа Унрежжмис К часов Опенка ftp<»n»oia Рсплыат измерения Гасхож- леинс. % Оценка проикна Результат ICIMCpCIUlJ Рас хож- дение. % 3 0.92 0.86 7 1.15 из 6.9 4 1.69 1.81 7.1 1.98 1.86 6.5 5 197 2.8 6.1 3J9 3.26 4 6 4.38 4.49 W 4.85 5 3.1 Режимы качки, наблюдаемые в процессе испытаний, охватывали различ- ные частотные условия определяемые сочетанием скорости судна и курсо- вого угла волны Причем для малого судна в основном наблюдалась борто- вая качка в области основного резонанса, а для контейнеровоза такой ре- 254 С Мллоо Хк гайммис и Что мо га*ое 7 ДОммогм с мжшмноы)'
/7Ы.ЧЛ Ж’1НЫ ACKVCCTBt НПО!О Wb’lrit« М В ЗАДАЧАХ O№cnt4tntn> КЗОЛАСНОСТИ жим отмечен только для килевой качки. Тем не монее во время испытаний контейнеровоза удалось зафиксировать параметрический резонанс борто- вой качки при воздействии пакетов трехмерных волн при движении судна с курсовым углом на попутном волнении Оценка точности алгоритма определения поперечной метацентричес- кой высоты h представлена в таблице (Таблица 10 3). Здесь содержатся сравнительные данные условий эксперимента, а также значения пе- риодов бортовой качки и метацентрической высоты для малого судна и контейнеровоза, полученные во время натурных испытаний этих судов в Черном и Средиземном морях Таблиц* ю з Условия эксперимента характеризуются скоростью судна (узлы), средним значением амплитуды бортовой качки в (град) и фактическим собственным периодом бортовой качки т0 (с), соответствующим реально- му состоянию нагрузки судов во время испытаний Расчётные периоды качки характеризуют среднее значение периода бортовой качки т (с), установленное в процессе обработки данных коле- бательного движения судна на нерегулярном волнении 0(t). и величину собственного периода т0, вычисленного по разработанному алгоритму. Данные о величине h соответствуют расчётным значениям метацентриче- ской высоты при оперативной оценке остойчивости на основе алгоритма и фактическим значениям h по состоянию нагрузки во время испытаний (эти данные соответствуют собственным периодам качки то=7,8 с и 21,4 с в гра- фе «Условия эксперимента»). Процент расхождения данных относится к расчётным и экспериментальным значениям h Ю Мм он Огга*чмлег> Что m 'МО* ? вкмтп с клптиои Г 255
i /м«и гр системы искусственного •чтелпектл в задачах оьеслечения еезоплсности В натурных условиях отрабатывались также модели информационных процессов, отображающих динамику ситуации при функционировании ИС При этом судоводителями было высказано много полезных советов и предложений, которые учтены при совершенствовании графического интерфейса и базы знаний ИС. Таким образом, испытания подтвердили возможность практической оценки и прогноза динамических характеристик внешней среды и судна, а также надежность функционирования базы знаний в различных услови- ях эксплуатации. Программные средства ИС позволили создать эффек- тивно функционирующую базу знаний, отработать процедуры обобщения знаний в сложных ситуациях, проверить в процессе натурных испытаний полноту и непротиворечивость базы знаний и используемых продукцион- ных моделей, схемы принятия решений в стандартных и нестандартных ситуациях, сформулировать последовательность операций по адаптации системы на различные типы судов В результате создана наукоемкая и компактная технология разработки ИС обеспечения безопасности море- плавания судов и технических средств освоения океана 10.8. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИС Создание и практическое использование ИС в области судостроения и морской техники во многом связаны с общими проблемами интеллек- туальных технологий, среди которых можно отметить: • представление и приобретение данных и знаний (трудности создания средств моделирования, отражающих способы работы с объектами окружающего мира, используемые человеком, разработка средств описания сложных объектов); • человеко-компьютерное взаимодействие (неадекватный интерфейс пользователя, недостаточно гибкая структура диалога и механизма объяснения полученных результатов); • возможности решающих средств (трудности ведения качественных и динамических рассуждений, недостаточная точность результатов при работе с неполными данными); • эксплуатационные возможности (переход к открытым, легко расширяющимся системам; совершенствование систем обучения, наличие в инструментарии ИС средств поддержки динамических и причинных рассуждений и др). Трудности внедрения ИС во многом обусловлены рядом психологических факторов, к числу которых можно отнести ставший уже пресловутым психо- логический барьер перед компьютером. Не имеющие компьютерного опыта судоводители априорно наделяют всякую систему и работу с ней той степе- нью сложности в понимании, которая в самой системе объективно отсутст- вует. При этом часто не воспринимаются как "пустые" ИС-оболочки — из-за 256 Ю Мака* Остойчивость .. Что >то такое• {Диалоги с капитаном)'
ГЛАМ IU акпиы ИСКУССТВЕННОГО HHtUintK ТА в ЗАДА НА» овсспечения МЖХИСНОСГИ отсутствия в них необходимой для принятия решений готовой информации, так и “наполненные" проблемноориентированные ИС — из-за навязывания готовых решений, которые порой невозможно проверить на основе имею- щихся у судоводителя профессионального опыта и здравого смысла. Реализация технологий ИИ в бортовых ИС вызвала ряд дополнительных трудностей, обусловленных специфическими особенностями этих систем: • отсутствие инструментальных средств, невозможность использования универсальных оболочек для разработки ИС; • недостаточная подготовка судоводителей в области компьютерных технологий и новых подходов к оценке сложных динамических процессов взаимодействия судна с внешней средой. • психологические аспекты, связанные с неоднозначностью восприятия результатов оценки ситуации и практических рекомендаций (роль ИС как “черного ящика", не использующегося в практике эксплуатации судов и технических средств освоения океана). Одной из сложных проблем является разработка эффективного мате- матического аппарата анализа и прогноза поведения плавучих динами- ческих объектов и унификация требований к их мореходным качествам и прочности для реализации в бортовых ИС обеспечения безопасности мореплавания, функционирующих в реальном масштабе времени. Результаты, достигнутые при разработке и испытании ИС, позволяют опти- мистично оценивать перспективы использования таких систем в условиях эксплуатации Предоставляя судоводителю уникальную информацию недос- тупную из судовой документации. ИС обеспечивают оперативный контроль и прогноз динамики судна на волнении в сложной гидрометеорологической обстановке, в том числе и в экстремальных ситуациях. Трудностей, стоящих на пути внедрения таких систем, можно избежать, если: • разработать необходимые инструментальные средства адаптации и тестирования базы знаний с учетом особенностей динамики конк- ретного судна. • решить принципиальные вопросы использования ИС как интеллек- туального помощника судоводителя; • создать необходимый научный задел по разработке алгоритмов и программного обеспечения процедурной компоненты, обеспечиваю- щей эффективное функционирование ИС в непрерывно изменяю- щихся условиях. Большое значение при создании ИС имеет соответствие технологии их разработки основным тенденциям традиционного программирования в рамках единого комплекса программных средств Критически оценивая ситуацию, сложившуюся с разработкой ИС в нашей стране и за рубежом, следует выделить ряд характерных особенностей «О Ммм Огтайммоеп Что го гмм Т (flwviww с ч пяпючГ
I ПАПА III СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА в ЗАДАЧАХ ОЬЕСЛЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ • большинство ИС имеет статическую базу знаний, не ориентированную на восприятие сложных процессов взаимодействия судна с внешней средой. • появившиеся в последние годы реализации инструментальных систем для динамических сред мало пригодны для использования в судовых условиях из-за громоздкости и ограниченности математического обеспечения; • крупные зарубежные фирмы, располагающие широкими возможнос- тями использования различных средств измерений, идут по пути нара- щивания таких средств и создания сложных разветвленных сетей пе- редачи информации, что приводит к необоснованным экономическим затратам и снижает эффективность функционирования ИС; • пестрота измерительных средств в отдельных случаях свидетельст- вует о недостаточной компетентности разработчиков ИС в сущности решаемых проблем (особенно когда для оценки динамических харак- теристик используются датчики, требующие пересчета сигналов на неизвестное в практике эксплуатации положение центра масс судна), • обработка информации во многих системах осуществляется в рамках концепции "статики корабля”, не отвечающей требованиям содержа- тельного анализа и прогноза поведения существенно нелинейных динамических систем; • алгоритмы обработки информации и методы оценки динамических харак- теристик судов на волнении представляют собой наиболее ценный науч- ный арсенал ИС ("рациональное зерно”) и являются достоянием научных коллективов и отдельных разработчиков; это либо «know how», либо па- тенты, защищенные соответствующим законодательством Подобные ма- териалы не публикуются в печати и не обсуждаются на национальных и тем более международных конференциях. При отсутствии эффективных алгоритмов анализа и прогноза поведения судна на волнении разработан ная компьютерная программа является лишь элегантной демонстрацией логики, но не практическим инструментом обработки данных. Таким образом, трудности создания ИС обусловлены не технологиями ИС. а проблемами самой предметной области и психологическими аспек- тами, связанными с восприятием новых подходов и содержательных ре- шений, в том числе и отсутствием международных стандартов, регламен- тирующих требования к мореходным качествам и прочности судов и плавучих технических средств освоения океана.
4 4 ГЛАВА I I ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 11.1. РАСЧЕТЫ ПРИ ПОГРУЗКЕ И ВЫГРУЗКЕ ГРУЗОВ" 11.1.1. Текущее состояние нагрузки Пусть по результатам расчёта таблицы нагрузки было получено, что М=4686,5 т, Хд=-2 36 м, Yg=O 036 м. Zg=6 58 м Требуется определить посадку и остойчивость судна. Если на судне отсутствуют диаграммы посадки, то посадка и начальная ос- тойчивость определяются следующим образом По гидростатическим кривым (кривые элементов теоретического чертежа) по заданному водоизмещению находится средняя осадка (см Приложения рис П 1), затем в зависимости от средней осадки определяются величины Хг X. Z. гв, S Дальнейший расчёт удобно проводить в табличной форме (Таблица 11.1)"’. При этом расчёте все величины определялись в предположении, что судно сидит на ровный киль (в частности, так определена метацентричес- кая высота). Если на судне есть диаграмма или номограмма посадки (рис. П 4 и рис П.5), то посадку проще определить по ним Пользование диаграммой посадки не вызывает затруднений. При использовании номограммы посад- ки на шкалах М и Хд откладываются наши значения, и через полученные точки проводится прямая пиния Осадки определяются по шкапам Тя и 7, (на рис П 5 показан пример для М=5500 т и Хв=-3,5 м) В нашем случае: по диаграмме посадки Тм=4.5 м и Г,=5,б5 м; по номограмме посадки Тн=4,б м и Т,=5.70 м. * При рассмотрении прамичесхиа примеров мы Аулам польаоааться конкретным супном В Приложе- нии прияиллин. необкоцимые графини, номограммы, чертежи для бопышото автономного мороэипьното траулера БАТМ типа ТТупкоесхии меридиан’ * * Напомним что ускорение свободного паления д=9 81 м/с-', плотность морской волги р>1 025 т/м1, удельный вес морской волы у>рд-10.05 кН/м1. О Мыов Остойчиеость Чговтб гмоетfhantmс«апнамяй/* 259
'ПАВА 11 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ При наличии на судне номограмм остойчивости (рис. П.6) осадки, снятые по ним, получаются: Т=4,6м и Т =5,7м Рис 11.1 Определение метацемрмчкхой Ы001Ы с учетом дифферента Для нахождения метацентричес- кой высоты в поле соответствую- щей номограммы помечаются две точки: А - с координатами M-Xs и Б - с координатами M-Zg(рис 11.1). Аппликата точки А - возвышение начального метацентра с учётом дифферента. Метацентрическая высота может быть найдена как />0=Лп-2д Однако арифметические вычисления можно выполнить с по- мощью номограммы, если измери- телем или полоской бумаги смерить величину «а» и отложить ее на пра- вой оси от нуля. Тогда по шкале можно определить, что в нашем случае Ьо=0Я5 м. Как видите, учёт дифферента существенно уточняет метацентрическую высоту (Таблица 11.1). 11.1.2. Прием груза Определим, как изменится посадка и начальная остойчивость судна при приёме на него груза, если т=55.0 т; х,=24 О м; у =7.0 м; zr=5 0 м. Так как груз составляет около 1% от водоизмещения, то его можно рассматривать как малый В соответствии с п.3.5 рассмотрим вначале приём этого груза на одной вертикали с ЦТ действующей ватерлинии Xr=Xf Уг*°' ZraZT Изменение средней осадки: 5T=m/qlcw=55.0/12.2=4.51 см Аппликата предельной плоскости для метацентрической вьсоты будет (фор- мула 3.13): 7* J. СТ х00451 П7Э z — Т + — "о — 5.2+—--------------0.72 = 4.5.W. 260 Ю Шнгм Что ото томов' (ТЫлпопт с могил
ГЛАВА 11 ПРАКГИЧЬСКИЬ РАСЧЕТЫ Таблица 11 1 Расч»1 посадки и начальной осюичивисти *ип 11.1ИИГЖЛМИ1- Рашср-жспк Обашаиснм и риснПмак форму на й|а**сммя к.шчим 1 IkMotriunaciiHc масхаеос т М 4<*6.Ч) 2 Во.чипилиснис асспмм кН 1>-.'М 4SV146 1 Абсмисса ЦТ судна м х. •216 4 Ор.ииии ЦТ судна ы ОШ S Липшая ЦТ сучи ы 6.М 6 Осадка сух ич м т им» sjo 1 АСхшклд ЦИ судим м X, ЦТ| <4.1 1 Ляиикт ЦВ судна м А пт» 2.90 9 A&inioca ЦТ ш шит1 |ишш м х пт» -М 10 Пемкрсча мспиппр радиус м г„ 4,40 11 Ирида» меимсшр. радиус м I59J0O 12 1 Ьишадь Hic|cmiuiM м! S IIM.OO 0 Цопсргшм МЦВ ы к 1.4 z. • 72 14 i караю а МИД на сюб. iwa м К Гап 0.00 IS Ikopaa к»ш МЦВ U 4.72 16 IlfUMuuuc МЦВ м II. X. Z А IJSJ 17 Упад дифферента судил рад М 4X.-X.lH •00115.1 IK Осадка сули» неким м Т„ T-WIL2-X.) 4.60 IV Осади су днакирмы» м Т. T vH 2-х,| 5.64 л .1иНм*нг м Л-Т.Т, •1Э» 2и Число наш iu 1 см осадки 1Ъа (llr> O.tllps 1120 21 Момсш, крсншпий на Г кНмлрад М,* Dh ST S $П7 22 Момеш. лиффсрпн из 1 см «Нм см М,„ 0.01 ПН, 1 645.3 Так как груз принимается выше предельной плоскости (zf=5 м), то началь- ная остойчивость должна уменьшиться Определим поправку к метацентри- ческой высоте (формула 3.12): т ST , . 55 , 0.0451 , _ 6h -------(Г +-----ъ - Al) =---------(5.2 +-------5 0 - 0.72) = -0.007 w. М + т 2 4686.5 + 55 2 Новая метацентрическая высота будет: Лг=Ъ*<5б=О.72-О 007=0.713 м 11.1.3. Перенос груза вдоль судна Перенесём теперь груз в нужную точку по длине судна с координатой хт. При этом создастся дифферентующий момент 81 55 0(24.0+3.8)-15053 4 кНм Ю Ммде Что эго гаагм ? йОлккя с ялятнон)* 261
ГЛАВА 11ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Изменение дифферента будет: 15053.4/645.3=23.3 см А изменение угла дифферента будет: 5уг=5аЛ.=0 233/96 4=0 0024 рад Тогда изменения осадок будут (формула 3 6): 57, = 5у/ (L/2-X,) = 0.0024(96 4/2+3 8) 0 12 м, а 57, = -5у (L/2+х,) = -0 0024(96.4/2-3 8) - -0.11 м. Новые осадки будут 7.,=7,+5Т+5Т= 4 6+0045+012 = 4.765 м, 7„ =7,+57+57,= 5,69+0.045-0,11 = 5,625 м 11.1.4. Перенос груза с борта на борт Теперь перенесём груз на борт в нужную точку с у„= 7 0 м Кренящий момент от переноса груза: дт(Уг'У) = 9.81 55 0 (7.0-0) = 3776.8 кНм Уточнённый момент, кренящий на 1°, получится: М,° = gM'h,/ 57.3 9 81 4741.5 0.713/57 3 = 578.8 кНм И уточнённый угол крена будет; О - М^/М,' = 3776 8 / 578 8 = 6.52°. 11.1.5. Приен груза с берега на палубу А: Рассмотрим такую задачу. Ваше судно стоит под погрузкой у причала. Вы своей стрелой берёте с берега груз массой m и ставите его на палубу Изменится ли при этом посадка и остойчивость вашего судна? К: Разумеется А; А как они изменятся? Будут ли они меняться в процессе переноса груза? Давайте последим за измене- нием остойчивости по метацентри- ческой высоте, а за изменением по- садки - по углу крена На рис 112 показана схема переноса груза. Пусть до начала грузовой опера- а крен отсутствовал. Нарисуйте, по- Рис 11 2 Схема псируми груза на галуОу ции метацентрическая высота была ht жалуйста, графики изменения метацентрической высоты и угла крена во времени, не проводя никаких расчётов - качественно Попробуйте это сде- лать самостоятельно, а потом сравните с рис 113. 262 Ю. Мляов T)cr<M^«e<x.'F» Что JTO T9AQ9 ? С
ГЛАВА 11 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Для удобства на оси времени t пометим характерные моменты 1. Груз стоит на берегу, т.О. 2. Груз на 1 мм оторвался от причала, т.А. 3. Груз поднят в т.Б. 4. Груз переведен в т.В 5. Груз опущен в т.Г (1 мм до палубы) 6. Груз поставлен на палубу, т Д. Рис 11 3 Изменение начальной остойчивости я посади» Прокомментируйте, пожалуйста, ход этих графиков К: Если я правильно понял ваши условия, то между точками 1-2 и 5-6 «расстояние- в 1 мм? А: Совершенно верно. К: Тогда я рассуждаю так Как только груз оторвали от пирса, он оказался подвешенным на ноке стрелы. В момент отрыва метацен- трическая высота скачком умень- шится. так как центр тяжести приня- того груза (нок стрелы) оказался выше предельной плоскости для ме- тацентрической высоты. За время подъёма груза до т.Б метацентрическая высота меняться не будет. Не будет она меняться и когда мы по горизонтали переместим груз в т В, и когда мы его опустим на шкентеле до палубы, но не прикоснёмся к ней (т Г). Когда груз коснётся палубы, он из подвешенного превратится в неподвижный Его отрицательное влияние на остойчивость уменьшится, так как центр тяжести груза окажется гораздо ниже чока стрелы. Но всё равно метацентрическая высота будет меньше первоначальной, так как т. Д расположена выше пре- дельной плоскости (а она. насколько я помню, проходит примерно на вели- чину Ло ниже плоскости ватерлинии). Мой график практически совпадает с вашим. А.* Очень хорошо. К: А вот график угла крена у меня не совсем такой, как у Вас На участке О - А пока груз не оторвался от земли, метацентрическая высота не менялась и угол крена был равен нулю. А; Мне кажется, что это не совсем так Метацентрическая высота на са- мом деле не менялась, но натяжение в шкентеле постепенно нарастало и судно начало крениться. В момент отрыва груза сила натяжения стала равна p=gm и крен достиг наибольшей величины. Если бы груз подняли рывком, кренящий момент стал бы динамическим, и судно совершило бы несколько затухающих колебаний Ю Млиов От»;»* <ии.тсл «го >rp талой’ уПкачгм с яалитамомГ 263
ГЛАВА 11 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ К: Понятно. А дальше процесс шел так: • Пока груз поднимался до т. Б, ничего не менялось - и метацентричес- кая высота, и кренящий момент от груза оставались постоянными. • Когда груз стали перемещать в т.В, стало уменьшаться плечо креня- щего момента у„ и угол крена. • Когда груз проходил через диаметральную плоскость, кренящий момент и угол крена стали равны нулю, • Когда нок стрелы перешел на левый борт, крен стал также на левый борт. • В т.В крен на левый борт достиг наибольшей величины (хотя и мень- шей, чем на правый) и не менялся, пока груз опускали до т.Г • И, наконец, когда груз коснулся палубы, метацентрическая высота скачком увеличилась, а угол крена уменьшился А; Совершенно верно А теперь давайте всё просчитаем Исходные данные: Т-5.0 м, т-40 т, ho=1.O м. Н=10.2 м, zM=16.0 м, у„=12 0 м. у„=6.0 м Решение: 1. Вес груза р = gm = 9.81 40 = 392.4 кН. 2. По рис. П.1 Приложения при осадке Т=5.0 м находим М = 4500 т (D = 44145 кН) и S = 1170 мг. 3. Тогда изменение осадки будет равно 5Т = p/yS = 392.4/10.05 1170.0 = 0.033 м. а новая осадка будет Т,=Т+5Т = 5 0+0 033 = 5.033 м 4 Изменение метацентрической высоты из-за приёма груза на высоте нока стрелы равно Л = -^-(Г+—----------------—-----(5.0+—-16.0-1.0) = -0.106м. D+p 2 н ' 44145 + 392.4 2 Новая метацентрическая высота после отрыва груза от причала будет hl= he+5h = 1.0-0.106 = 0.894 м. 5. Кренящий момент от принятого груза ру„= 392,4 12,0 = 4709 кНм создаст угол крена 8 = 0.118 рад = 6,8*'. 6. После переноса груза в т.В кренящий момент изменится на величину 6М11ф= Р(Уп--У^) = 392.41-6,0-12.0) = -7063 кНм и будет кренить на левый борт. 7. Изменение угла крена будет 50 5М,^/ОД -0.177 рад -10,2°. Тогда угол крена на левый борт будет 0,« 0+50 = 6.8,-10.2°= -3.4®. При этом сам кренящий момент на левый борт будет равен М, = М+5М = 4709-7063 » -2354 кНм 1<р кр жр 264 Д4—м то гхо» * фЦИлог* с ялгтно*)’
ГЛАВА 11 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 8 После опускания груза на палубу метацентрическая высота изменится на величину 8h,= p(ZM-H-1.0)/D,= 392.4(16.0-10.2-1.0)/44537 = 0 042 м и станет h2= h,+5h,= 0 894+0.042 = 0.936 м 9. И окончательный угол крена будет 0 = M11i0/D,h} = -2354/44537 0.936 = -0.056 рад -3,2е. 11.2. ПРОВЕРКА ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА НА УДОВЛЕТВОРЕНИЕ ТРЕБОВАНИЯМ НОРМ Для этого достаточно сравнить фактическое возвышение центра тяжести с критическим По рис.П.12 Приложения при водоизмещении М= 4686,5 т и Хв« -2 36 м находим 6,72 м Так как фактическое 2^,= 6 58 м меньше крити- ческого. то остойчивость судна удовлетворяет всем требованиям к неповреждённому и аварийному судну. Имеется даже запас по возвышению центра тяжести d2p= Z^ -6,72 - 6,58 = 0,14 м. 11.3. ПОСТРОЕНИЕ ДСО СУДНА, СИДЯЩЕГО НА РОВНЫЙ КИЛЬ И С ДИФФЕРЕНТОМ Построим диаграмму статической остойчивости для судна порожнём в двух вариантах: - Пользуясь пантокаренами (или кривыми возвышений промета-центра). При этом предполагается, что судно сидит на ровный киль - Пользуясь номограммами остой чивости При этом будет учтено влия ние фактического дифферента. Характеристики судна порожнём: водоизмещение М = 3827 т; абсцисса ЦТ Хд = -4.71 м; аппликата ЦТ Zg = 7.33 м; осадка носом Гн = 2.92 м; осадка кормой Г,=5.74 м; осадка средняя 7=4 33 м; дифферент Д=-2.82 м Рис 114 Плечи остойчивости формы от «иля и еоавышеиия промлтацинтра Ю Мааои Сега+иаооеп Чтя era ылггааоыГ 265
ГЛАВА П ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 11.3.1. Судно сидит на ровный киль Воспользуемся кривыми возвышений прометацентра, так как по ним ДСО можно перечитать более точно На рис 11.4 показана связь между плечами остойчивости формы, рассчитанными от киля, и возвышением прометацентра При М = 3827 т по рис П.З находим ZhT для всех углов крена. Плечи статической остойчивости и h0 подсчитываем по формулам: l.-C^SInO. Таблиц» 11 в Расчбт ДСО судна на ровный киль 7^ Zm', м Zm'-Zg. ы 1.. м 0 7.302 •0 029 0.000 5 7,324 -0 006 -0.001 10 7,376 0 046 0.009 15 7.451 0,121 0.031 20 7.539 0209 0.071 25 > 1м 0 294 0.124 30 7.699 0 369 0.195 35 7,757 0427 0,245 40 7913 0493 0,310 45 7.939 О Т-.м 0.360 50 7 в 30 0 500 0.390 55 7.3’3 0483 0.395 во 7.771 0 441 0 392 65 7.698 0 368 0.334 70 7,597 0 287 0.251 75 7.461 0131 0.127 во 7,305 0 025 -0.025 Ло= Zm0-Zg = 7302 7,33 = -0.028м Рис. 11.5 ДСО судна на ровный киль Результаты расчета представлены в табли- це (Таблица 11.2) и на рис. 11.5. Плечо остойчивости лрит)=30° 3500 4500 5500 «500 7500 М. Т Рис 11 в Номограмма дли расчёта плеча статической остойчивости при угле крена 30" Обращает на себя внимание то, что начальная метацентрическая высота судна получилась отри- цательной 11.32. Учет фактического дифферента Для этой цели воспользуемся номограммами остойчивости рис П.5. Значения 2hi' находятся по во- доизмещению М и Хд Результаты расчета сведены в таблицу (Таблица 11.3) и представлены на рис. 11.7. Вместо вычисления плеч остой- чивости в таблице их можно просто снять с номограммы остойчивости Делается это так (проследим на 266 Ю XX. гьиЬмшостк Что »го где* ? (Оалол» с елтгтлиоы i
Г ПАВА II ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 'аблмоа 113 Расчет ДСО с учетом фактического дифферента "V" Zm’, м Zmf-Zg. м U. М 0 7.837 0.507 0.000 10 7,843 0.513 0089 20 7 872 0.542 0.185 30 7.896 0.566 0 283 40 7.899 0.569 0 366 50 7.842 0.512 0.392 60 7,750 0420 0 364 70 7.542 0.212 0 199 ВО 7,232 -0.096 •0.096 90 6.857 -0.473 -0473 Рис 11 .7 Исканная ДСО супна с учетом дифферента примере определения /# при 30°. рис 116) В поле номограммы помечаются две точки: А — с координатами M-Zg и В — с координатами М-Хд Рас- стояние между ними «а» - это раз- ность Zm' - Zg. Масштаб правой шка- лы номограммы подобран таким об- разом. что если величину «а» отло- жить от нуля, то получится её умно- жение на Sin30’. Если окажется, что Zg>Zm. то величина «а» откладыва- ется от нуля вниз, и плечо остойчи- вости получится отрицательным Влияние Хд на ДСО Рис. 11 8 ДСО судна при различны* дифферента* h0= Zm0 Zg = 7,837 7,33 = 0.507м Обратите внимание на то, что начальная остойчивость получилась зна- чительно больше, чем у судна без дифферента. На рис 11 8 представлены диаграммы статической остойчивости для это- го же водоизмещения судна при различных дифферентах (различных значе- ниях XJ. Более жирными линиями выделены ДСО, представленные на рис. 11.5 и рис. 117 Предоставляю вам самому решить, можно ли в данном слу- чае для расчёта ДСО пользоваться пантокаренами. Ю Ыпса Югтзячиаосгь чк» »н> ’ (/>»чат» с мличном/ 267
ГПАВА 11 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 11.4. РАСЧЕТЫ ПРИ ПОСТАНОВКЕ СУДНА В ДОК 11.4.1. Оценка остойчивости судна при постановке в док При постановке в док судно обычно имеет дифферент на корму. При каса- нии кормового кильблока пяткой ахтерштевня судно начинает поворачи- ваться вокруг точки касания (аналогично судну, сидящему на камне, при от- ливе). В тот момент, когда судно всем корпусом сядет на кильблоки, реак- ция кормового кильблока достигнет максимального значения. В этот же мо- мент в наибольшей степени уменьшится остойчивость судна. Если началь- ная остойчивость станет отоицательной. судно получит крен и может соско- чить с кильблока, что приведёт к аварии (рис. 11 9). Поэтому перед поста- новкой в док необходимо убедиться, что остойчивость судна достаточна 268 В док ставят как неповреждённое, так и аварийное судно В первом случае расчёты ведутся по номограммам для неповрежденного судна, во втором - по номограммам для аварийного судна с соответствующим затопленным отсеком. Предположим, что док не имеет дифферента. Тогда и судно в тот мо- мент, когда оно всем корпусом сядет на кильблоки, не будет иметь диф- ферента. и его осадка носом будет равна осадке кормой. При этом на пятку ахтерштевня снизу вверх будет действовать реакция кильблока R. Под действием всех сил (силы веса О. силы поддержания yVr и реакции кильблока Я) судно должно находиться в равновесии. Поэтому сумма всех сил и сумма моментов всех сип (относительно произвольной точки) должны равняться нулю Запишем эти уравнения, взяв моменты относи- тельно пятки ахтерштевня: О-тЧ-Я = 0, Мо^М^ = 0 (11.1) Откуда Я = D - Моменты можно подсчитать по формулам MD= D(L/2+Xg) и -jV/L/Z+XJ (11.2) Необходимо определить осадку судна в момент касания кильблоков, реакцию кормового кильблока и остойчивость судна в этот момент. •О Молол ХЭсгойчквдегь Что 9то такс* у (Омлеюгм с жалипаноы) '
ГЛАВА II ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Пример. В док ставится судно порожнём, у которого Водоизмещение М = 3827 т; D » 37543 кН; Абсцисса Ц Аппликата Ц Осадка носом Осадка кормой Дифферент мцв Хд > -4.71 м; Zg = 7.33 м, Т> 2 92 м; Г « 5 74 м; Д= -2 82 м. Ло« 0.51 м ТМпииа 11.4 К сорооопонио малайка на «орыоеок «илжЛпос Ти»Т« м М. г Хс м fVr ЮЛ «Н М . 10' «Ны Zm. ы 3.5 2835 5 -0.3 2 782 1 332 7.381 36 2938.5 -0 28 2883 1.381 7.353 37 3042.3 -0.26 2.964 1.431 7 328 38 3147 0 •0 24 3,087 1 481 7 307 3.9 3252.6 -0.23 3.191 1.531 7.290 4 3359 0 -0.23 3295 1 581 7 276 4.1 3466.4 •0.23 3.401 1 631 7,270 4 2 3574.9 -0.24 3.507 1 682 7286 4 3 3684 4 -0,25 3.614 1733 7 262 44 3794 9 •0.27 3723 1.784 7 280 4.5 3906 6 -03 3 832 1.836 7260 4.6 4019 9 •0 34 3,944 1 887 7 262 47 4134 7 -0.38 4,056 1 940 7 255 4,8 4250.8 •043 4.170 1 992 7258 4.9 4368 3 •0.49 4.285 2 045 7,273 5 4487,3 •0.56 4.402 2 097 7,278 Подсчитаем момент от силы веса (он будет постоянным при тобой осадке) MD=D(U2+Xg) = « 37543(96.4/2-4 71) =1 63 10* кНм, Так как в момент касания судном ки- левой дорожки осадка носом будет равна осадке кормой (хотя мы пока её не знаем), то для определения момен- та от силы поддержания поступим следующим образом Зададимся рядом осадок и по гиростатическим кривым найдем массу вытесненной воды М и отстояние её центра тяжести от миделя - Хс (при этом судно при любой осадке Рис 11 10 Опреоелехм мсыонч «всания судном «ИЛООСЙ роро ж» к О Инл игго*«ж«1 ‘So *то •»•’#>«>»»» с «личном/* 269
ГЛАВА 11 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ сидит на ровный киль) Момент силы поддержания относительно пятки ах- терштевня найдем по формуле (11 2) Результаты расчёта сведены в Таблице 11.4 и представлены на рис. 11.10. Проведя на том же рисунке прямую Мо= 1 63 1(У кНм, по точке ее пересече ния с линией Мл, найдём искомую осадку: Т= 4.1 м. При этой осадке /V 3.4 10* кН и X =-0.23 м. Максимальная реакция кормового кильблока будет Я = D-yVf= 3.75 10*-34 10* = 3500 кН. Проверим остойчивость судна в этот момент. По гидростатическим кривым при 7=4.1 м находим Zm=l 27 м. Тогда по формуле (6) получим yV,Zm-DZJ=3 4 10*7.27 — 3.75 10*7 33=-27,7 10s кНм <0 Следовательно, в момент касания судном килевой дорожки у него будет отрицательная начальная остойчивость В таком состоянии судно доко- вать нельзя Необходимо умень- шить дифферент или остойчивость (или и то вместе). повысить и другое Топливо-балластные цистерны Таблица Т 1.5 Толпиао-баппастиые цистерны 4 414 ДМ L4 Г 'Л П ГЖ. пиплппг m. Т тх, тм пи. тм 1 ФОРПИКДТ1 88 94 3948 9 542.53 2 ДИПТАНК ДТ2 408.7 15452 1 2873.8 3 ДТ-3 ПРБ 56 54 1441.8 57.11 4 ДТ-4 ЛБ 56 06 1429 7 56.62 5 ДТЬПРЬ 55 76 390.3 3847 6 ДТ-6 ЛБ 54 88 3732 37.86 7 ДТ-7 ПР.Б 4582 334 5 37.57 8 ДТ-8 ЛБ 41 61 291 3 34.12 9 ДТ-9 ПР.Б 69 91 -293.6 127.24 10 ДТ-10 ЛБ 27 98 •125.9 24.34 11.4.2. Удифферентовка ПОСТАНОВКЕ в док Так как при постановке в док судна порожнём отсутствуют грузы для создания дифферентующего момен- та, примем жидкий балласт Наи- больший дифферентующий момент даст балласт в диптанке. Однако, его центр тяжести расположен высоко и это отрицательно скажется на остойчивости. Попробуем принять балласт (Таблица 11.5) в форпик (ДТ1), а также в цистерны (3+4) и (5+6) (рис. 7.2). Общее количество балласта 2>п = 312.1 т, его статические моменты 1/пх- 7583 9 тм, 1гп2= 732 6 тм. Тогда СУДНА ПРИ M, = M+Zm = 4139.1 т. I/ v A/-Z.+ ,<=ir^._2 52. Zfi = _x_^ = 6.,5,. По номограмме посадки (рис. П.4) находим Th,= 3.95 м, Г ,= 5.30 м и дифферент J = -1.35 м (дифферент уменьшился почти на полтора метра) Подсчитаем момент от силы веса Mot= D,(U2+Xg,) = 4139.1 9.81 (46.2-2.52) = 1 85 106кНм 270 10 Ммо» Осточчимсг. что гп> ши» ’ с илмтамш I'
ГЛАВА t f ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Проводим на рис 11.10 прямую М01 и получаем осадку 7,=4.5 м, а также Хс1= -0.3 м и /У,=3.83 10* кН При этой осадке Zmy=l 26 м. Тогда yVrZm- D, Zg,=2781 1(7-28.22 10*= -4.1 103 кНм <0. К сожалению, и теперь начальная остойчивость отрицательна, хотя диф- ферент уже приемлем Примем дополнительно балласт в цистерны (7*8) Проведя аналогичные расчёты, получим Мг= 4226.5 т; Хд? = -2 32 м; Zg,= 6 83 м; 7„г= 4 0 м; Т>?= 5.35 м; 4,- -3 35 м; Мм= 1.9 10е кНм; 7?» 4.6 м; Хс?- -0 35 м; yV,y=3 98 10* кН; Z^-7 262 м; R =1662кН yV, Zn - DZg = 28 90 10*- 2832 10* = 5 8 103 кНм > 0 Теперь начальная остойчивость судна в момент касания кильблоков по- ложительна. и судно в таком состоянии доковать можно Давление на кормовой кильблок снизилось более чем в два раза. 11.5. РАСЧЕТЫ ПРИ ПОСАДКЕ СУДНА НА ГРУНТ ИЛИ КАМЕНЬ В дальнейших рассуждениях будем полагать, что в случае посадки на камень при перемещении или снятии груза судно может изменять свой крен и дифферент. При посадке же на грунт будем считать, что большая часть днища соприкасается с грунтом и при перемещении грузов крен и дифферент судна не меняется При посадке на грунт или камень возможны два случая • водонепроницаемость корпуса не нарушена (используются диаграммы и номограммы неповреждённого судна); • корпус судна получил повреждения и затоплен какой-либо отсек 3-й категории (используются диаграммы и номограммы аварийного судна для соответствующего случая затопления). Если затоплены отсеки 1 -й и 2-й категорий, то, как обычно, влившуюся в них воду условно относят к нагрузке судна до аварии Рассмотрим некоторые задачи, которые приходится решать в указанных случаях, предполагая, что нагрузка судна до аварии (М, Хд, Zg) известна. 1 1.5.1. Определение реакции грунта и точки ее приложения Судно, имевшее до посадки на грунт (рис. 11.11) водоизмещение М=5500 т и координаты центра тяжести Хд = -3.5 м и Zg = 7.0 м, село на грунт До посадки на грунт по диаграмме (или номограмме) посадки находим осадку носом Тн = 4 88 м и 7, = 6 57 м После посадки на грунт необходимо замерить фактические осадки но- сом и кормой Предположим, они оказались: Т* = 4 00 м и Tv= 6 50м. Схе- Ю Что э’о тд«эе ’ редеют* С «лли• jmomГ 271
ГЛАВА 11 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ма сил, действующих на судно, сидящее на грунте, показана на рис. 11.12 На судно действуют • сипа плавучести (равнодействующая сил давления воды) уЦ. кН; • сипа реакции грунта R, кН; • сипа веса судна D=gM, кН. Если бы судно плавало, имея осадки Т* и Ти, то его сипа плавучести (а она равна силе плавучести судна, сидящего на грунте с теми же осадками) была бы равна силе его веса, и отстояние от миделя силы плавучести Х( было бы равно отстоянию от миделя его центра тяжести Xg. Следовательно, силу пла- вучести fVt и её отстояние от миделя Ха для судна, сидящего на грунте, мож- но найти по номограмме посадки неповреждённого судна (а если у судна затоплен отсек 3-й категории, то по соответствующей номограмме аварийной посадки) в зависимости от Т* и Т*. Получились значения М « 4950 т, Хд = Х^ = - 4.7 м (см. рис. П.5). Тогда уУ' = дМ= 49050 кН Теперь нетрудно определить силу реакции грунта Я. написав уравнение равновесия всех вертикальных сил (рис. 11.12) 272 Ю. Майю Оегойчмюс’ь Что »то твюо 7 ^лпош с мнагамом?
ГЛАВА II ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ R = D - yVr ж дМ - /V = 9.81 5500-49050 = 4905 кН. (11-3) Написав уравнение равенства моментов всех сип относительно миделя, получим = DXg -уУ.Хс _ 53955 (-3,5)-49050 (-4 6) = ? } w (114) ' " Я 4905 11.5.2. Определение массы и абсциссы ЦТ груза, при снятии которого судно всплывет над грунтом Для вслльпия аварийного судна над грунтом необходимо, чтобы ватерли- ния всплытия либо совпадала с аварийной, либо проходила несколько ниже её, и под днищем судна имелся некоторый запас воды Если ватерлиния всплытия будет совладать с аварийной, то вес снимаемых грузов должен быть равен реакции грунта Я (113). а абсцисса их ЦТ равна Хв (11.4). При этом масса груза будет равна R/д. т. 11.5.3. Определение массы груза, который необходимо снять, чтобы стянуть судно с грунта Если по тем или иным причинам невозможно обеспечить всплытие суд- на и принято решение стянуть его, то необходимо выяснить, хватит пи для этой цели тяги винта (на заднем ходу) или буксировщика (она считается известной). Сила трения судна о грунт определяется по формуле F„=fR. (11.5) где f - коэффициент трения (покоя) корпуса судна о грунт (в первом приближении он может быть взят из Таблицы 11.6); Я - реакция грунта, кН Если располагаемая тяга больше сипы трения, то судно можно стянуть с мели. В противном случае необходимо его разгрузить Пусть Тв - располагаемая тяга. Тогда избыток силы трения -Т. (11-6) Он вызывается нормальным давлением N: N*6F"/f. (117) Это давление нужно уменьшить до нуля снятием груза (Рф= N). Пример Пусть располагаемая тяга буксировщика Т#=800 кН. Судно сидит на песке (примем fe0.43). Определить массу груза, который необходимо снять, чтобы стянуть судно с грунта С Маш» ОстоЯчнярст» что »го тааоя ! Доопао с а»>нгамя>?* Таблиц» 116 Коэффициенты трения (покоя) корпуса суьн» о грунт Вид Грунта f Глине(ил) 0,20 0.42 Глина с песком 0.30 • 0.40 Песок 0.40 0.46 Галыш 0 45-0.47 Булыжник 0.40 • 0.60 Каметжая плита 0.35 • 0.60 273
ГЛАВА 11 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Сила трения судна о грунт Ет=0.43 4905=2109 кН. Избыток сипы трения 3F^ а 2109 • 800 = 1309 кН. Он вызывается нормальным давлением М=1309/0.43=3045 кН. Следовательно, для того, чтобы стянуть судно с грунта, с него надо снять груз весом Ргв = 3045 кН (масса груза пт^-Р^д = 3045/9.81 = 310 т) 11.5.4. Определение дифферентующего момента от перемещения грузов, НЕОБХОДИМОГО ДЛЯ ВСПЛЫТИЯ СУДНА НАД КАМНЕМ Чтобы снять судно с камня, его следует разгрузить (см л. 11.5.2) Однако существует и другой способ снятия судна с камня Предположим, что судно сидит на камне без крена, а рельеф грунта под днищем позволяет менять дифферент судна (рис 11.13). Тогда соответствующим перемещением грузов можно обеспечить всплы- тие судна при условии, что точка касания судном камня лежит достаточно близко к оконечности Её отстояние от миделя можно определить по форму- ле (11 4). При повороте судна вокруг точки касания камня объём клиновид- ного отсека, вошедшего в воду, будет больше, чем вышедшего из воды (не- равнообъёмные наклонения), и сила плавучести будет постепенно возрас- тать Необходимо определить, при каком дифференте сила плавучести будет равна водоизмещению судна до аварии, сколько груза надо перенести и на какое расстояние, чтобы создать этот дифферент. Пусть нагрузка судна до аварии была М=5500 т, 0=53955 кН, Хд=-3 5 м По номограмме посадки (рис П 4) находим 7"„=4.8 м, Г,=6 45 м. Судно село на камень носовой оконечностью, корпус не повреждён Фактичес- кие осадки судна, сидящего на камне. 7^=4 25 м. 7^=6.70 м Рассчитать операцию снятия судна с камня. Прежде всего, определим место расположения камня и сипу его давле- ния на днище (рис. П.4): Мг=5250 т, yV=gMr =51503 кН. Х^-4.80 м. Тогда реакция камня будет R=D-yVr=53955-51503=2453 кН, а точка её приложения 274 О Макм OrroiT'4осп. Что ио т*ио ' вЫнюш с «апиамом?
ГЛАВА I1 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ DXg ~^,Хс, 53955 (-3.5)-51503 (-4 85) ,. _ * R 2453 Затем на схематическом чертеже проводим фактическую ватерлинию WcLa и помечаем место расположения камня (точка А на рис. 11.13). Из точки А опускаем перпендикуляр на WoL0 и через полученную точку произвольно проводим несколько ватерлиний (например. 1 и 2). Заме- ряем полученные осадки и с их помощью по номограмме посадки (рис. П 4) определяем массу вытесненной воды М, (а значит, и силу плавучес- ти уЦ) и её отстояние от миделя Результа- ты расчёта сводим в Таблицу 11.7. По данным Таблицы 11.7 строим графики (рис. 11.14), а по точке пересечения кривой у/ с прямой 0=53955 кН опреде- ляем: Г,*в"=7.23 м и Хв"“=-5.85 м. Необходимый для создания такого дифферента момент найдём по формуле Ч»о= D = 53955(-5 85 - (3.5)) = -126.8 103 кНм. Если такой дифферентующий момент создать невозможно, необходимо сначала частично разгрузить судно (желательно снимать груз из носовой части). Рис 11 14 Определение м терли ниц всппытля Таблица 117 К расчёту всплытия судна нм камней М«МОО т; 0*53955«Н Хд • 3 5 м Ти«4 25 ы Тя*в 70 м WI Тн м Т( » M. т yV, 10J. «Н Хс. м Wolo 4.25 67 5250 51 50 -4 85 1 4.15 7.2 мео 5376 •5,8 2 4 77 5750 «41 ВТ 11.5.5. Оценка начальной остойчивости судна на каине Рассмотрим сипы, действующие на судно, плававшее по ватерлинию W.Lo и севшее без крена на риф, камень (рис. 11.15). При этом оно немного «вылезло» на камень и оказалось по ватерлинию WL Если на судно подействует небольшой внешний кренящий момент, то оно накренится на малый угол О. Однако накренение будет проходить не вокруг ЦТ площади действующей ватерлинии WL (см. п.1.4 и рис.1.4), а вокруг точки касания камня Написав сумму моментов всех сил относительно точки касания, полу- чим выражение для восстанавливающего момента: К) мима» Сстайчмцасш Что aw «ми» * <>млвг» с лалита-я*)' 275
Г ПАПА 11 ПРАК 1ИЧЕСКИЕ РАСЧЕ1Ы Мй • yVr Sine D z9 Sine = frV, Zm - D ZgjSinO, (118) где Dw Zg- весовое водоизмещение, кН, и возвышение ЦТ, м, до по- садки на камень, Zm - возвышение метацентра над основной плоскостью при крене 6 = 0°. м, ?Vr- сипа плавучести судна, сидящего на камне. Рис. 1115 Сжема сил аейстауюшиа на судно, оеачео на камень Если в выражении (11.8) член /Ц. Z„ - D Zg >0 (11.9), то судно имеет положительную начальную остойчивость, и после прекращения действия кренящего момента возвратится в исходное положение’. Выражение (119) может быть использовано для оценки начальной остой- чивости при повышении или понижении уровня забортной воды (например, при приливе и отливе) Для этого надо провести несколько ватерлиний, параллельных аварийной ватерлинии (незначительным изменением при этом дифферента судна обычно можно пренебречь). По номограмме посадки (рис.П 4) найти массу вытесненной воды М, (а по ней yVr= дМг) и Ха (он будет равен XJ Затем по этим значениям по номограмме рис П 5 для метацентрической высоты находится Z^ Ватерлиния, для которой /V, Z„ • DZs = О, будет у судна с нулевой начальной остойчивостью. Момент, кренящий сидящее на камне судно на 1 градус, определяется по формуле М,° = 0 0174 (yVrZ„-D Zg) (11 Ю) • Следует отметить. что атом случае понятия -метацентрическая вместе- теряет смысл. Та* как сила плавучести /V, и* равна аыюизмеые~»о судна О. то в выражении (11в| они не могут быть вынесены за скобку и. значит, понятие метацентрическая высота 2(;| п данном случае неприменимо 276 К? Мл».м'Остойчивость Что >то тмов ’ рЫктсаи манат амоы.'
ГЛАВА ТТ ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 11.в. РАСЧЕТ ПОСАДКИ И ОСТОЙЧИВОСТИ ПРИ ЗАТОПЛЕНИИ ОТСЕКА 11.6.1. Затоплен отсек перво» категории Воду, влившуюся в отсек 1-й категории, можно рассматривать как при- нятый на судно твёрдый груз. Если этот груз можно считать малым*, то изменение посадки определяется по формулам п.1.4, а изменение остойчивости - п.3.5. Если груз большой, то по формулам (3.17) подсчитываются новые значе- ния водоизмещения и координат центра тяжести Используя их, по номо- граммам неповреждённого судна подсчитывается посадка и остойчивость 11.6.2. Затоплен отсек второ» категории Это случай, когда пробоина заделана или вода медленно фильтруется в отсек Рассмотрим изменение осадки и остойчивости судна в процессе фильтрации воды в машинное отделение При этом считается, что корпус не поврежден, и мы будем пользоваться номограммами неповрежденно- го судна. Для примера в таблице (Таблица 11 8) и на рис 11 16, рис. 11 17 и рис П.13 даны гидростатические кривые машинного отделения, используя которые можно определить влияние на остойчивость воды, фильтрую- щейся в МО. Используя их, в таблице (Таблица 11.9) подсчитаны значения водоизме- щения и координат ЦТ судна с учётом влившейся воды по формулам где т, — масса влившейся воды. т. - m'*t—статически* момент згой массы относительно миделя: пъ, я m*zB— статический момент згой массы относительно основной плоскости. Посадка судна определяется с помощью М,-Хд, по диаграмме Фирсова или номограмме просадки. При учете влияния на остойчивость воды, фильтрующейся в МО, расче- ты проводятся в два этапа На первом этапе предполагается, что вода * замерзла" (затвердела) т.е потеряла способность переливаться при наклонениях, и влияет на остойчивость только как принятый на судно твёрдый груз. По рассчитан- ным значениям М,. Хд, и Zg, (Таблица 11 9 и рис 1118) определяется по- * Напомню, йто' малым считается такой груз, при приеме которого вошедший в веду обжам корпуса можио рассматривав как цили>ч»р пренебрегая изменением ппошпди ватерлинии Л/, - .V/ + т,, М Xg + m, Xs'—ЙГ1 М Zg + т. Ze -----lu. О. м*«» Осговнивосп чп т тмояГЦтпс ыпнкичмГ 277
ГЛАВА 11 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Рис 11 17 Гиоростагические «ривье машинного отделении Таблица 118 Таблица 11 9 Масса и координаты ЦТ влившемся а МО воды Новые м^гат воаоизывщемиа и координа» ЦТ судна 1 и ш. т Ч - Уи “ 4“ 0 0 •16,2 0 1 0.5 74 69 •1623 0 125 1 166,68 -16 251, 0 1 51 1, 764,96 •1629 0 1 78 36897, •16.33 0 2 04 г. 477.77 •16 39 0 2 31 590,6Ь -1645 0 2.58 3,5 707 07 1651 0 285 4 826 01 •16.57 0 3 12 4,9 946.55 •1663 0, 3 39 9 1067 07 • 16.67 3 65 5.9 1J89 83 16,71 0 3 92 6 1311 8 • 16.74 0 4 18 6,5 143185 •16,77 0 443 6.71 1453 4 •16 791 0 4 48 I.M м, т Х...М Z,, м 0 4666 5 •2,36 6,58 0,5 4761,19 2 57756 6 496387 1 4853,18 -2,83708 6 806673 15 4951,46 •3 10542 6 323145 2 5055,47 -3,37959 6.248651 2.5 5164,27 3 65798 6184963 д 5277,18 •3,93711 6,132276 3.5 5393,57 -4.21499 6.091016 4 5512,51 •4 48927 8.061544 «5 5633 05 •4 75786 6 043968 5 5754,47 5,01579 8 036222 55, 5876.33 5.26557 6 041407 6 5998 3 5 50484 6055131 «,5 6116,35 •5 73231 6 076845 6,71] —6139 9 -577802 6082901 садка судна, метацентрическая высота и плечи статической остойчивости с ‘затвердевшей’ водой Расчеты проводятся по номограммам для неповрежденного судна (рис П.4, рис. П 5 и рис П 6). Расчеты можно провести для какого-то определённого уровня воды или перебрать ряд уровней фильтрационной воды, например, f—О,1,2, 3 ... м и т.д. до полного затопления МО 278 Ю Ыаиао Вего* «ног» Что его гаиёё? (Dwxmh с •оптом)* I
ГЛАВА 11 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Ряс 1118 Изменение аойоязмешения и мюрюинат ЦТ супна при фолы рация аоам • МО На втором этале вода * размораживается’ и учитывается влияние её сво- бодной поверхности на остойчивость Поправки к метацентрической высоте и плечам остойчивости подсчитываются по формулам Значения величин и <SMh определяются по рис 1117 Расчёты этих же поправок можно выполнить, не производя арифмети- ческие вычисления, если воспользоваться номограммой рис. П. 13. Поль- зование номограммой ясно из примера, показанного для Л4,=5500 т уровня воды t = 3 м и О = 80° Окончательно метацентрическая высота и плечи статической остойчивости определяются по формулам л = л_+ и 4 = . Результаты всех расчётов для М = 4686 5 т, Хд = -2.36 м и Zg = 6 58 м представлены на рис 11.20 Матацантричасжая высота Максимальное плечо ДСО kn, м Ряс 1119 Изменение метацентрической вьооты и максимально»о плеча ДСО при прогрессивном заюлпении МО К> Ммоя Остогмосп, Чют 0млап>о •ллпаммГ 279
Г ПАВА »t ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Рис 11 20 Неповреждённое судно Фнпьтрацир водь е МО 280 «Э Мио» ТЭсГОЙ•«ИОСГк Что ио тми» ’ 0МЖХЙ С «ЛЛИЙНО»,I
ГЛАВА И ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Рис 1121 Затеплен рефрижераторным трюм N*2 Вош фильтруется в МО Ю Ммо» Оспмчмаость что m тмо» ’ !*»«< с 281
ГЛАВА 11 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Хороню видно отрицательное влияние на остойчивость свободной поверх ности воды На рис 11.19 даны графики изменения метацентрической высо- ты и максимального плеча ДСО. 11.6.3. Затоплен отсек третьей категории При затоплении отсека 3-й категории все расчёты проводятся по номо- граммам аварийного судна. Пример таких номограмм дан в Приложении рис. П.7, рис. П 8 и рис П.9 Например, при М = 4686.5 т, Хд -2.36 м и Zg = 6.90 м получим: Ти= 6.32 м, Т.= 6.06 м, ho« -0.135 м. ДСО дана в табли- це (7аблица 11.10) и на рис 11.21 (1=0 м). Судно получает аварийный крен от отрицательной начальной остойчивости около 30°. Табжиа 11.10 0“ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 •0.024 -0.046 0 004 0.128 0.201 0.148 0.003 -0.182 0.379 11.6.4. Затоплен отсек третьей категории, и вода фильтруется в смежный отсек Посмотрим, что будет происходить с остойчивостью судна, если после затопления отсека №3 вода начнёт фильтроваться в смежный отсек - МО Все расчёты проводятся аналогично п.11 6.2. только используются номограммы остойчивости аварийного судна с затопленным отсеком №3. Результаты расчёта представлены на рис. 11.22 • рис 11 25. Хочу обратить ваше внимание на то. что в начале затопления МО фильтрационная вода очень силь- но влияет как на начальную остой- чивость (рис. 11.23), так и на ос- тойчивость на больших углах кре- на (рис 11.24). При уровнях про- фильтровавшейся воды 2.5 - 3.0 м крон судна возрастает почти до 40°, а максимальное плечо ДСО уменьшается до 0.06 м. Положе- ние судна становится крайне опас- ным Однако при дальнейшей фильтрации воды в МО остойчи- вость начинает улучшаться и при Рас 11 22 Имааноига ме'аце~’ричвской высоты при ааголлвмим рефрижераторного грома Н*2 и фильтрации воды в машинное отделение полном затоплении МО (это фактически затопление двух смежных отсе- ков судна) крен судна постепенно исчезает и остойчивость становится вполне удовлетворительной 282 О Ммов ОсчиКиаогть Что его ГМО» 1 Диалоги с ипььюы I
ГЛАВА 11 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Рис, 1123 Изменение максимального плеча ДСО при эвтолпвни» рефрижераторного трюма №2 и фильтрации воры в машинное шменёние Рис. 1124 Иэмене««е статического утла крена при аатоллеиии рефрижераторного трюма N*2 и фипы рации вицы в маненное отоеление Рис 11 25 Изменение лосапаи сужна. 1 искосна» ватерлинии ао аварии. 2 - затоплен трюм 1ФЗ, 3 - вора профильтровалась в МО Однако, в этом случае становится неудовлетворительной посадка судна (рис. 11.25). В корме входит в воду палуба переборок, а это чрезвычайно опасно 11.6.5. Спрямление крена судна При затоплении пустого трюма №2 мы получили (см.п.11.6.3) ho« -0.135 м и ДСО, представленную на рис. 11.26 Угол крена приближа- ется к 30°, тогда как допустимый угол крена по Регистру составляет 20°. Вести борьбу за спасание судна при таком угле весьма затруднительно. Попробуем судно спрямить. Как известно (см. п.5.5), при отрицательной метацентрической высоте полностью спрямить судно можно только улуч- шением начальной остойчивости (понижением центра тяжести). Однако Ю МЛЯО9 ПЛиЖьИВШ Г» Что ми >Ж»»К ДмЖХ» С «»ШГВ«вмГ 283
ГЛАВА 11 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ несколько уменьшить угол крена можно приложением спрямляющего мо- мента Рис. 11 26 ДСО при мтоплоиии |р«ма Н*2 Из рис 11 26 таблицы 11.10 видно, что пле чо спрямляющего момента не должно быть более /<этр=-0,04м. В противном случае неиз- бежно перекренивание судна на противопо- ложный борт с увеличением угла крена По- пробуем создать спрямляющий момент, при- нимая забортную воду в пустую цистерну ле- вого борта ДТ-16 Ее характеристики, взятые из Таблицы 7.1, представлены в Таблице 11.11. Таблица 11 11 Хар»«гери<-тн«и цистерны ДТ-16 Статьи нлсрутки V..., м’ V. м3 р т/м3 М.т Хд м Yg м Zg. м М« тм Му. тм Mz 1М ДТ-16 12S«opB*a ГБ 65.1 651 1025 М.7 -17» -252J 4Лк. 4 Подсчитаем требующийся спрямляющий статический момент: Чт>= м 4686-5 (-0.04)= -187,5 тм. Так как у цистерны ДТ-16 Yg = -3 78 м, то требующееся количество воды составит т^= ЧпЛЭ = -187.5/-3.78 = 49.6 т. При приеме этого груза изменится начальная метацентрическая высо- та При осадке 7=6,15 м площадь ватерлинии S=1270 м и ST = m/pS =49.6/1 025 1200 = 0.04 м Тогда при возвышении ЦТ цистерны z, = 6.54 м изменение метацентрической высоты будет: а = - "'r (Т+ =----—------(6,15 + — - 6,54 + 0.135) = -0.002лг. Л/ + т.„ 2 ' * 4686 5 + 49,6 2 Новая метацентрическая высота станет равной Л, = h0+SA = -0 135-0 002 = -0 137 м. Угол крена при этом уменьшится примерно до 20°. Для увеличения остойчивости примем балласт в цистерны ДТ(3+4). Из таблицы 7.1 mJU=110 т, z^-1,0 м Тогда 57*110/1.025 1200=0.09 м и Л =----—-----(6,19 + — -1 + 0.137) = 0.122.*/. 4736 1 + 110 2 Теперь метацентрическая высота будет равна h2= -0.137+0 122 = -0.015 м и судно практически спрямится.
ЛИТЕРАТУРА 1. Моряку об остойчивости. Под ред Н Б Севастьянова Изд 2-е, испр идол. Калининград, Кн изд-во. 1972. 2. Севастьянов К Б. Остойчивость промысловых судов Л.: Судострое- ние. 1970, 200 с. 3. Севастьянов Н.Б. Основы нормирования мореходных качеств (конспект лекций). Раздел 1 Основы общей методологии нормирования качеств инженерных сооружений Калининград 1984-85 гг Рукопись. 4. Кулагин В.Д., Герман Б.И., Маков Ю Л. Практические расчёты остой- чивости. непотопляемости и ходкости промысловых судов Справочник - Л.: Судостроение, 1981, 200 с., ип 5. Дунаевский Я.И., Маков Ю.Л Моряку о непотопляемости (Под. ред. Н.Б.Севастьянова ). - Калининград: Кн изд-во. 1981 • 143 с., ип 6 Маков Ю.Л Методика определения инерционного коэффициента для оценки остойчивости судна в рейсе по периоду собственных колебаний. Известия Калининградского государственного технического универси- тета. №1, 2002, с.107-114 7. Типовая форма информации о посадке и остойчивости для судов ФРП КТИРПХ, Гипрорыбфпот. Ленинград 1983.165с 8 Благовещенский С Н. Принципы, заложенные в основу нормирования остойчивости морских судов. В сб Нормы остойчивости морских судов Л Морской транспорт. 1963 с 105-140 9 Луговский В.В. История создания и пути совершенствования норм остойчивости Российского Морского Регистра Судоходства. Науч.-техн, сб Регистра, вып 19. Л.: 1996 с.83-93. 10. Богданов А.И Нормирование остойчивости. Диаграммы безопас- ных скоростей и курсовых углов при штормовом плавании судна на попутном волнении Науч.-техн Сб Регистра, вып 17. Л 1991, с 20-44 11 Нечаев Ю.И Остойчивость судов на попутном волнении. Л. Судостроение 1978 272 с Ю АДчо» XJrw*»—осп» что эго г»«о* > Оалоп» с ллгйпановГ 285
12 Литература 12. Yu. I Nechaev, Yu L.Makov. Algorithm of calculating righting moment when ship sails on arbitrary course in rough seas.Trans. of International con- ference 'MARIND'2001'. Bulgaria,Varna.2001,T.1,pp.213-217. 13. Маков Ю.Л., Нечаев Ю И Изменение мореходных качеств судна в процесс интенсивного обледенения И Науч.-техн сб. Российского морского регистра судоходства,- 2003.- Вып.26. - С.48-64. 14. Рахманин Н.Н , Виленский ГВ Попутное волнение и валкость судна Науч.-техн. сб. Регистра, вып. 19, Л.: 1996, с.122- 140 15. Решетов Н.А. Формальная оценка безопасности судна. Науч.-техн сб. Регистра, вып. 20, 4.1. Л.: 1997, с.3-9. 16. Справочник по теории корабля В 3-х т. Л.: Судостроение, 1985 Т.2: Статика судов Качка судов. 440 с. 17. Регистр СССР. Методика оценки остойчивости судов на попутном волнении. Л.: Транспорт. 1977. 18. Правила классификации и постройки морских судов, Т.1, 1995. 19. Объяснительная записка к Правилам Регистра СССР деления морских судов на отсеки, основанным на вероятностном подходе. Вторая редакция. ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, 1977. 20. Российский Морской Регистр Судоходства Сертификация систем управления безопасностью на соответствие требованиям Международного Кодекса по Управлению Безопасностью (резолюция ИМО А.741(18)). Санкт-Петорбург. 1996. 21. Ярисов В В Анализ аварийной статистики малотоннажных судов в условиях заливания палубного колодца. Отчёт по теме «Разработка ме- тодов оценки мореходности судов». Шифр 53.51.204.2/1, КГТУ, 1998, с 63. 22. Ярисов В.В. Экспериментальная оценка остойчивости малотоннажных судов в условиях заливания попутной волной. Сб. департамента по рыболовству Безопасность мореплавания и ведения промысла. Вып 107. - СПб: Гидрометеоиздат, 1998 - с 29-36. 23. Kobylinski L, Kastner S. Stability and Safety of Ships Volume I: Regulation and Operation. Elsevier Ocean Engineering Book Senes, V.9, 2003. 24 Bekenky V .Sevastianov N Stability and Safety of Ships. Volume II: Risk of Capsizing Elsevier Ocean Engineenng Book Series, V.10, 2003.
4 Q ГЛАВА I Оприложения Таблица П. I Основные характеристики БАТМ пр.12вв ‘Пулковский меридиан' Класс IV» »к »ра КМ Я2 1 A2 НШ4МЧ* Pa iMqMiucib . 1 <ИН<| IMMM.IU. IMIMM HIV M Д...М I...KII 1 «м b M .(мам м*ж ij «крисм |ис> «»римм 0b 4 M Ширим ы ».цч> iMli.ia lb M Оъжжа и* КН. 1 5.7 M И- »«м imonCihk ноиачс • «а» »р> м*в>м> м.цшч » 5720 1 1Ьвн\< IMIMM МвМЧЦаЖЧММ 1НЛ1Ж41 'М ММ.1Г IC 5.0 M |<МСШЦб|фП| В» HVpMrtl BiHVU |»4 ммч к iu: M Bmvoiu бирп» аилуАы »м имлс к 7.4 M М»»имл литый «пики иши Лхи и, HI 1 иа МИЖ.МТ 4.5 M |Манима »ьпый iuim- ihui) «ч>р» ли НН на ммж-ic 13 M Il 1. «флнжа »м 1»|*ки>а« >» 1% III MM ||Ч-тж1]ч-«ля миллима?»* струги» 4)?s (.Ml l\ 1 -к »|Ч>ММ MMCIHMUtlb мга Hi Ml* ЧН1 1 Ipirwie «мним ли|н|крсн» 1.44 M <ва> HVpt 4МКМ М ’W2ft • Х|< 4,71м, /м 7 И м \1ш ИМА1МН4Й .К-.0К1И 1ХЧ4 » IpawWrl ^М1м’ 1Я1 Mm»» 2”1 Opp»»» • Тмамки .WI 670 м* »M2 «гн» 424 брутто T Трмм№ ЛИм1 275 мти mSftpptn 1мм«.мкЯг2 710 а1 41V m i ti> 4». • x c । и t 1 раом pwvaarik муж» 170 * 160 iKItO H»S Ofiyno 1 1 |1ЮМ ипте«|мяый J0 и' 25 1 [А»»р 2??1 м 21» » Ж»«р ис1мц>|ц<смй 10м* И.5 t Maiyi 1120 м* io;« 1 Ли м^имамс п>илмм» 120 м V? » 1 < мамниак- мж м $К м 5j.: " 1 • IKvm НН 1ы*м Ji.2 » IK u MMibamia )?> t IL u IU\K4-KAMI 12.7 1 Ипм«« 2RMI.H i <0 М*оа ОстоНчаиости Что »то такое ’ Дкалот» с и/жанмтГ 287
s Рис П.1 Гипростатические кривые БАТМ ’ипа 'Меряпиан'
ПРИЛОЖЕНИЕ 1ф,, Zm'. м е Рис П.2 Плечи формы 01 «или и оом*1ше>мя лромотацентра при различны воооизмещенияа 290 <? Маков Осгай-ййвость Что это гэ*ое (а*ал(г* с кяттамм*
ПРИЛОЖЕНИЕ „esgsssssss 8 8 88 SS8 Водоизмещение М. т Рис П.3 Плечи остойчивости формы от «ила Ю Матов Ъстойчивост» Что это та«ж ’ (амдаги с «в-мгалои)' 291
ПРИЛОЖЕНИЕ Рис П 4 Зоэвышв-we прслмнаиамтр* о 4-0 -*-5 — 10 -*-15 -е-20 4-25 -л-30 -е-35 -о— 40 -0-45 -6-50 4-55 -ж-60 -*-65 -0-70 4-75 4-80 4-85 44-90 292 Ю М«гаи ‘Ог'зичлвосгь Что ото такое ' (Цчалоги с •эпи-э-чм- >
7000 Мт ьооо приложение 6500 5500 5000 4500 4000 4 '| Xg м Рис П.5 Дм-риммв посад»* Непоорсадбш-оо сул>,о Рис П в Номограмма посалаи Нелолрвжданное судно «3 Маап» Уктойчиоета Что »w та«о» > рмлого с каяиаиоиГ 293
£ 0е**1 мосо“ Осади кормой Метаие^-охчесжал высота Рис ПТ Номограммы остойчивости Неповрежденное судно ПРИЛОЖЕНИЕ Плечо статической хтокмвости при o=xf 1зоМ Вадоишощвив М т Рис П.7 номо-раммы остэичиэосч» Неповрежденное судно (Продопиенне!
ПРИЛОЖЕНИЕ
662 .(ипмиши» о яшпЦ I лпч Olt OJ/, «хмичкизд ео<ян О Рис. П.10 Номограмм» остойчивости. Затоплен трюм N*2 (пустой) ЗИНЗ^ОСГИМ
, нкмпмлп > «jouHCf 4 «от <и* ои, шсаиыю.10 а»>й 0> 86? эиизжоиим
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ Рве П.10 Номограммы остойчивости Затоплен трюм №2 (пустой) (О»ои' 302 <0 Маи» 'Осгоачнкхгь ЧТО »го чмо» ’ (Омлсгн с итятамм
ПРИЛОЖЕНИЕ Использовать, если трюм №2 заполнен полностью, а твиндек пустой или заполнен частично Рис П 11 КрМ1им«сма« юшшемя ЦТ БАТМ Испопыоштъ. «спи >рюм 4*2 мпопнвм ложное-но /О. Мэтое Ос 'мимивосг* Чю это тэтой ? Л»лпоп с капгтанжГ 303
ПРИЛОЖЕНИЕ Использовать, если трюм №2 пустой или заполнен частичноло Рис Л 12 Кри1ииеские возвышения ЦТ БАТМ Исгк>льэооа1ь если ’р«оы М*2 пустой или заполнен частично 304 Ю Матов Xk?r оймиеоси Что ото талое ’ с капитана* <'
ПРИЛОЖЕНИЕ Гидростатические крииые МО Рис. П 13 Гивростагнчккне «риаме машинного ohuwmhhhi Ю Налов ^стогмивост» Нго эго ’ажое ’ {риспт с «алитаномГ 305
Рис П.14 Лист Информации об остойчивости ("старый" Регистр) 306 С Иное О. г.-t> '<го эго гамм? ДОмлагиеыгмгганом/*
Рис П 15 Лист Информации об остойчивости Сновый" Регистр) Ю Миав СегоИчииостк Что »го >а«ж (Днл/кги с чйпимним)' 307
Рис. П.16 Лист Информации об аварийной посадке и остойчивости 306 Ю М>«» 'Осгайчивосго Что это га«ое ’ (Дампсти с «жммгаиГ
ПРИЛОЖЕНИЕ ОЭМА 05 ОСТОЙЧИВОСТИ С М. Копешко, КДП Поэтическая редакция В Б. Лихушина Рисунки И. Пащенко Ешь ли, льешь ли, в баню ходишь Время ты на вей находишь' Удели же пять минут, Чтоб прочесть сей скромный труд. И признаешь, что наука — Увлекательная штука, А поэме лйгкий стиль, Нужен — как собору шпиль. Не для корысти, не для славы И не для ветреной забавы. Для флота дерзостной страны Сии стихи сочинены* Чтоб мореходы им внимали И через них зело познали, Пошто корабль в волнах плывёт И отчего на дно нейдет. А буде сильно накренится, Надежно всякий раз спрямится, В руках умелых верно служит И мореход на нем не тужит Итак, когда красой блистая, Предс'анет истина нагая, Её. не мешкая, пленяй, Чтобы познать блаженства рай. Мир истин, как и дам. — един. В нём надобно достичь глубин. Вести их рекогносцировку, Напор являя и сноровку О, как он, свет в конце тоннеля Открытьем истины слепит! То не секрет Полишинеля — С ним не возился бы пиит. И, цену знающий минуте, Он переходит к самой сути. Ю. Umoo tX гоА-меосгь Что эго глое ’ Рмэлоги с аэлммноыГ 309
ПРИЛОЖЕНИЕ Корабль, как всякий разумеет. Свой ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ имеет И судно держится везде По ватерлинию в воде На погруженное тело Жидкость давит оголтело. Его вытеснить стремится. Чтоб самой там поместиться. Центр подводного объема — Это ЦЕНТР ВЕЛИЧИНЫ И усилья поддержанья Все к нему привлечены. В центре тяжести — вниманье! — Сила Ньютона висит. А из центра поддержанья • Архимедова 'торчит*. Копь в ДП их уравняли На единой вертикали. Судно плавает как должно: И спокойно и надежно Но когда, волной влекомо. Судно накреняется, У подводного объёма Форма изменяется. Центр с ДП полэвт улиткой По невидимой дуге. Словно маятник на нитке. На незримом поводке. Центр, где "маятник* подвешен, МЕТАЦЕНТРОМ назовём Задает его конечно, Весь подводный наш объём В метацентре вертикаль Из центра поддержания Совмещается с ДП Вследствие качания. Метацентр не терпит плена, Несвободу сбросит с плеч Но при малых углах крена Этим можно пренебречь И считать без проволочки, Что в одной сидит он точке. Но запомнить будет ценно (Никакой загадки!): Положение двух центров — Функция посадки. Центром тяжести МЫ правим, Как отарою пастух. И его всегда поставим Между предыдущих двух. В центре тяжести — "отвес*. На него “подвешен* вес И отвес и маятник "Маются* согласно (По нормали ведь к воде!) — Синхронно и синфазно. Маятник висит высоко — Отклоняется далёко. А отвес подвешен ниже - Отклоняется поближе. И запомните ещё: Образуется ПЛЕЧО Только судно накренилось. Вмиг опора покатилась 310 Ю Маяое Остоймивосп» ^то 9W с
ПРИЛОЖЕНИЕ Вниз под горку — ближе к борту. На возникшее плечо Сипа Архимеда 'села*. Поднатужилась ещё — Крен к нулю свепа умело. Судно стало в горизонт — В том и весь плеча резон. По инерции, однако, Крен тотчас изменит знак А плечо опять в атаку — Чует: что-то тут не так Суть плеча — возникнуть снова: С направления другого. “Архимед’ опять нажал. Снова судно удержал! Плавно на круги своя Возвращается ладья. Опрокинуть можно фляжку. Но не судно-неваляшку! У стихий одно призванье — Судно бить да накренять. Ну а сила поддержанья Его будет выпрямлять! Что бы ни случилось вдруг, Есть плечо — надежным друг. ’Плечи" быстро нарастают Там, где "маятник" шагает Много дальше, чем "отвес". А возможно это, если Разнесён у них ’подвес". Здесь объём подводный быстро С борта на борт переходит И далеко от ДП ЦЕНТР ВЕЛИЧИНЫ уводит Центр тяжести тем ниже. Чем веса к килю поближе. Схема эта хоть проста. Но откуда вдруг взялась МЕТАЦЕНТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА Даст нам представление В первом приближении. "Подвес" от метацентра и до центра тяжести 'Метацентрическою высотою" Назван был для важности Коль на синус угла крена мы МЦ умножим, Образуется плечо, к которому приложим Силу веса — у ДП, У ЦВ — поддержания И получим "парочку", Достойную внимания! Пара сил. Плечо меж ними — Прочной связи элемент — Поработают отныне. Как спрямляющий момонт. Судно — не поленница Пусть себе качается. Как угодно кренится. Но — всегда спрямляется' Этим свойством корабелы О МхО* ОеГО|Ым»0С>» Чп>»с ’ /ЪШЛОО» С *-Х*»ГХ«О**Г 311
ПРИЛОЖЕНИЕ Оснащают псе суда, Чтобы их стальное тело Не тонуло никогда. В повседневной жизни судна Происходят чудеса: Ежечасно, поминутно Изменяются веса. Грузы приняли ипь сняли. Иногда перенесли. Топливо перекачали. Получили иль сожгли. Воду выпили, набрали, В трюмах мыли — наплескали. Долго рыскали-искали Вдруг улов обильный взяли. К нокам стрел тяжеловесы Мощным шкентелем подняли. Приготовились к погрузке. Спешно выкачав балласт. Как и делали обычно Далеко не в первый раз. Шлюпки вывалили разом, Не смайнали до воды. Тут уж судну — мать родная! — Недалёко до беды Или пассажиры ’стадом* — Вверх и к борту одному. Может стать всё это адом. И понятно, почему. Плавали в суровых водах В южных, северных широтах В шторм жестокий и мороз. Принимая снег и воду Корпус глыбами оброс .. Разных случаев не счесть. Но закон, напомним, есть: Центр тяжести тем ниже, Чем веса к килю поближе! Но ничто не вызывает В нас такого интереса. Как возможное при этом Измененье "центра веса"! 312 Изменение в нагрузке Без расчета, сгоряча Может вызвать уменьшенье Жизневажного плеча. Если груз принять высоко Или снизу удалить, Иль. тем паче, ненароком Снизу вверх переместить, Тут ты схватишь налету: Этим самым мы уменьшим Метацентрическую высоту. Ну. а это так и сяк. Уменьшает нам ’рычаг" Жидкий груз и груз висящий, И сыпучий и скользящий, Не закрепленный — ползущий — К катастрофе нас влекущий. Будь хоть трижды кэп не трус — Это самый страшный груз! Если груз опасный этот Вдруг смещается под крен, Ю Маая» ТТпшчмлсп, *йо »о taaoa ’ Щшлйг» с «пг'амом /
ПРИГЮЖЬНИЬ Это резко уменьшает Нам спрямляющий момент Ясно общий центр веса Сразу к борту он смести, И ‘плечо* — итог процесса Нам а момент укоротит Вместе с тем и высота Метацентра станет ниже. А центр тяжести — вот так! — Поднимается всё выше. И от этого ещё укоротится ’плечо'! Кроме прочего, сам груз Резко, смаху борт придавит И инерцией и весом Судно крениться заставит. Метацентр от этой встряски Враз сорвется с "потолка* — Он устойчив, если крены Незначительны пока. Если борт уходит в воду, Чего доброго тут ждать Перестанет он “опору* От ДП перемещать. Тут финал возможен мрачный. Тёмный, как морское дно: Судно выглядит невзрачно — С креном плавает оно. Может, вовсе не напрасно Ждёт его морское дно... Так смещенье центра веса Может вмиг для судна стать 'Раной в пятку Ахилпеса”. Лучше уж не рисковать' Капитан! Грузы, бункер и балласт Размещай согласно плану! План заране рассчитай. Чтобы не было изьяну! Положенье центра веса Постоянно проверяй! Грузом, бункером, балластом. Если надо, подправляй! Жидкость — наглухо прессуй! Грузы — намертво найтуй! Да не бойся сделать лишку, Исключая их подвижку! Судно — не поленница: Пусть себе качается, Как угодно кренится, Но — всегда спрямляется! Ю Маяав Остойчивость Мто это тлкоо ’ с •лиитэмзн'Г 313
ЮРИЙ ЛЕОНИДОВИЧ МАКОВ Остойчивость... Что это такое? (Диалоги с капитаном) Компьютерная вёрстка А. Сазонов Дизайн обложки А. Бобылева Корректор О. Кудряшова Подписано в печать 19 09 05 Форма' бумаги 66x84 7,. Бумага офсетная Гарнитура AGHelvetica Печать офсетная Усл печ л. 20,6 Уч -изд. п. 20.9 Тираж 2000 зкз. Заказ 7727. Издательство "Судостроение" 191186, Санкт-Петербург, уп Малая Морская, 8 Отпечатано в соответствии с электронной версией, предоставленной заказчиком в типографии ОАО .Янтарный сказ» 236000. Калининград, уп К Маркса. 18.

^типь наложения. ясность и доход чияость, образность и просто- та делают книгу легко читаемой Начав знакомиться с этой книгой, уже невозможно от нее оторваться. Это редкое явление для технической литературы.» КДП В. С. Калинин Юрий Пеонидович МАКОВ Родился е 1934 г. В 1957 воду с отличием окончил судостро отельные- факультет Московского технического института рыбной промышленности и хозяйства Начинал конструктором в Клайпедском отдшъниин института «Гилрооыбфпот». С 1961 года — в Калининградском техническом институте рыбной промышленности и хозяйства Кандидат технических наук. доиент кафедры кораблестроения КГГУ Махов ЮЛ — автор болев 80 научных работ в области остойчивости. непотопляемости, ходкости и качки судов Среди них две книги (в соавторстве).« Моряку о непотопляемости» (Калининградское книжное издательство. 1981) и «Практические расчеты остойчивости непотопляемости и ходкости промысловых судов» (Издательство «Судостроение». 1982, Автор системы автоматизированного контроля остойчивости и посадки судов, находящихся в море (АКОП) успешно эксплуатирующейся в течение ряда пет сначала в Тралфлоте а сейчас в Ихударптвеннои службе наблюдения за флотом Автор новой формы Единой информации для капитана о посадке и остойчивости неповрежденного и аварийного судна Участвовал в работе международного суда в Руане (Франция) в качестве эксперта от Советского Союзе по делу о гибели головного траулера серии «Горизонт» Член Штабов спасательных операции Калинингрэдрыбпрома. Трапфпота, Рефтрансфпота. НПО Промрыболовства, Пром- разведки и др За последние два десятка лет принимал участие в работе местных штабов и комиссий по расследованию /гричим и анализу практически всех аварии судов в Западном бассейне (РТМ гСлевск» 1973; супертрау.'юр «Горизонт» 1975. ПР «Рудный» 1978: МРТР «Ладушкин» 1989; ТР «Балтийские зори» 1994: ТУ «Сырее», 1994. ПБ «Пионерок», 1994 и др) и большинства крупных аварий о Северном (СРТР «Олений» и «Драудз