Критерии мореходности. В условиях ветра и волн судно считается мореходным, когда оно может нормально функционировать длительное время без повреждений. Признаками мореходности служат плавная качка, отсутствие заливания, слеминга, разгона гребного винта, опасности опрокидывания, легкость управления и ряд других признаков. Величины, по которым судят о нормальности функционального состояния судна в условиях ветра и волнения, называют критериями мореходности. Их также именуют показателями либо характеристиками мореходности, функциональными или операционными критериями безопасности. В качестве показателей мореходности могут использоваться многие из параметров реакции судна на волнение:
– амплитуды, скорости и ускорения основных видов качки;
– скорости, ускорения, перемещения определенных частей корпуса;
– вероятности заливания, слеминга, разгона винта;
– напряжения элементов корпуса;
– показатели работы движительной установки, рулевого устройства и другие величины.
Минимальная совокупность показателей, полностью отражающих свойства мореходности судна в условиях ветра и волнения, называется вектором критериев мореходности (конвертом критериев). Безопасному состоянию судна соответствует область значений показателей мореходности, очерченная определенными границами. Эти границы называют допустимыми значениями, уровнями риска, операционными ограничениями, нормами мореходности. Состояние судна в условиях ветра и волнения является мореходным, когда компоненты вектора критериев не выходят за операционные границы. Следует отметить, что критерии мореходности характеризуют риск появления обстоятельств, приводящих к повреждению судна, груза и к другим нежелательным последствиям, не отражая непосредственную опасность аварии, поломки механизмов, или порчи грузов. Кроме допустимых пределов у показателей мореходности в АСКМ обычно выделяется и граница для предупреждений о том, что уровень значений высокий и приближается к допустимому пределу.
К сожалению, невозможно отобрать небольшой постоянный состав критериев, пригодных для анализа мореходности всех судов. Для разных типов судов эти определяющие мореходность показатели различны. Больше того, для одного судна при разной загрузке они также могут быть неодинаковыми. В общем случае состав вектора критериев мореходности и допустимые его границы зависят от типа судна, его загрузки, возраста и других особенностей. Например, для крупнотоннажных танкеров и балкеров чрезмерные нагрузки на корпус являются наиболее опасным следствием воздействия волнения. Поэтому для них основной критерий – вертикальный изгибающий момент (VBM – vertical bending moment) в разных сечениях корпуса по длине судна. У больших контейнеровозов кроме общего продольного изгиба в вертикальной плоскости из-за большого раскрытия палубы опасность представляют деформации кручения. Поэтому в конверт критериев этих судов входят моменты кручения. Для пассажирских судов одним из важных факторов эксплуатации является комфортность условий для пассажиров. Для них основным из критериев нормального функционирования считаются вертикальные ускорения в различных частях судна, которые являются главной причиной возникновения морской болезни. Особо неблагоприятными проявлениями действия волнения при эксплуатации судов Ро-Ро и паромов, перевозящих автомобили и другую колесную технику, а также судов с палубными контейнерами, считаются ускорения в совокупности с наклонениями палубы, приводящие к большим нагрузкам на систему креплений, к риску смещения и повреждения груза. Для этих судов основной компонентой вектора мореходности служит комбинированный критерий. Его называют эффективным накренением или эффективным углом бортовой качки и обозначают θ℘.
Этот критерий учитывает действие на груз гравитационных сил, и сил, возникающих при качке от вертикальных, поперечных ускорений и накренений. Продольные ускорения и дифферент здесь во внимание не принимаются.
На конкретных критериях и их нормах основаны штормовые диаграммы [5] и программные продукты, предназначенные для контроля мореходности. Примером предельных уровней безопасности для штормовых диаграмм являются нормы, рекомендованные известным специалистом в области мореходных качеств судов Аэртсеном:
– 3 удара днищем при слеминге за время, равное 100 периодам килевой качки;
– 7 заливаний палубы бака за это же время;
– 25 оголений винта за это же время;
значительная амплитуда 0,5g вертикального ускорения на носовом перпендикуляре;
значительная амплитуда 0,4-g вертикального ускорения на ходовом мостике;
– значительная амплитуда 30° бортовой качки.
АСКМ позволяют оценивать большее число характеризующих мореходность показателей, чем штормовые диаграммы. Поэтому перечень используемых в них критериев мореходности шире. В общем случае в АСКМ состав вектора критериев и операционные ограничения для условий ветра и волнения вычисляются и назначаются с использованием одобренных методик, так как мнение «среднего капитана» о безопасной норме критериев мореходности в значительной мере субъективно. Но в то же время в этих средствах предусматривается возможность ручного изменения состава конверта критериев и их допустимых уровней, чтобы дать возможность капитану подстроить систему к особенностям конкретных ситуаций. Система обычно снабжается руководством, облегчающим выполнение этих процедур.
Режимы штормового плавания. Кроме конструктивных особенностей и загрузки на качку судна влияет его курс и скорость. Поэтому, когда условия функционирования выходят за рамки, при которых судно мореходно, можно уменьшить негативное воздействие волнения на судно. Для обеспечения безопасности в таких случаях используется обычно два способа: меняется режим хода или режим плавания. Реже перемещается балласт судна для изменения его посадки.
Под режимом хода подразумевается выбранная частота п вращения ВФШ (или шаг Нρ ВРШ) и соответствующая ей скорость хода V, т.е. совокупность значений (и, V) или (Hρ,V). В упрощенном варианте режимом хода считается скорость судна. При изменении режима хода направление движения судна остается постоянным.
Режимом плавания в штормовой обстановке называется перемещение с определенными п, V (или HP,V) и курсом относительно волн, т.е. вектор (q,n, V) или (q,Hρ, V), где q – курсовой угол волнения. При упрощенном рассмотрении режим плавания определяется совокупностью значений (q, V).
К уменьшению скорости хода прибегают, чтобы избежать сильных ударов волн, заливания (слеминга) или других нежелательных явлений. Курс и скорость изменяют, когда необходимость обеспечения безопасности плавания заставляет отказаться от движения в заданном направлении. Разность между предельным и действительным значениями показателя мореходности при данном режиме плавания называется запасом мореходности по этому параметру. Показатель, по которому при заданном режиме плавания запас мореходности минимален, называется определяющим. Таким в конкретных условиях может быть один или несколько параметров. Множество значений курса и скорости судна, при которых значения отдельного критерия мореходности не выходят за рамки допустимых, называется зоной безопасных режимов плавания по этому показателю.
Безопасным (благоприятным) режимом плавания в условиях волнения именуют режим, при котором не возникает обстоятельств, приводящих к повреждению судна, груза и к другим нежелательным последствиям. Множество возможных сочетаний курса и скорости, при которых не возникает упомянутых проблем, представляет собой область допустимых (безопасных) режимов плавания в условиях ветра и волнения. Эта область может быть также определена как множество режимов плавания, при которых состояние судна мореходно. Как уже упоминалось, мореходность судна определяется вектором операционных критериев. Поэтому область допустимых режимов плавания может быть представлена как пересечение безопасных зон по составляющим вектора критериев мореходности.
Оптимальным режимом плавания в заданных гидрометеорологических условиях называется допустимый режим, соответствующий подходящему экстремуму критерия эффективности, отражающего основную цель перехода.
