Выбор курса и скорости судна в условиях шторма имеет важное значение для безопасности морских судов любого класса, но особенное значение эта проблема стала приобретать при эксплуатации специализированных судов (лесовозы, контейнеровозы, крупнотоннажные балкеры и т.п.)
Величинами, характеризующими качку, являются угол наклонения судна и период, за который совершается одно полное колебание судна. Качка тем стремительнее, чем больше углы наклонения и меньше период. Качка зависит от загрузки судна (остойчивость), характера волнения, скорости движения судна и курсового угла бега волн.
Колебания судна на тихой воде, возникающие под действием однократно приложенного к корпусу судна момента внешних сил, называются собственными колебаниями. Период собственных колебаний с достаточной точностью можно определить при помощи следующей формулы:
где h – поперечная метацентрическая высота, м;
f – коэффициент, зависящий от водоизмещения, отношения H/B, коэффициентов общей полноты δ и полноты ватерлинии α, который по рекомендациям ИМО равен:
0,88 – для судов каботажного плавания (кроме танкеров) в балласте;
0,80 – для промысловых судов с полными запасами для открытого моря;
0,95 – для промысловых судов с полными запасами для прибрежного лова;
0,60 – для промысловых судов с полными запасами и с танками для живой рыбы;
0,62÷1,00 – для транспортных судов (кроме танкеров и газовозов) в грузу.
Практически период собственных поперечных колебаний судна определяется как отношение Т1 = Δt/n, где Δt – показание секундомера, сек.; n – число полных колебаний судна за этот период (обычно за 10 полных колебаний).
Качка для судна опасна в случае возникновения явления резонанса, т.е. период собственных колебаний Т1 совпадает с кажущимся периодом волн τ’.
Влияние резонанса сказывается не только при Т1/τ’ = 1, но и в пределе 0,7 ≤ Т1/τ’ ≤ 1,3 или Т1/0,7 ≤ τ’ ≤ Т1/1,3.
Кажущийся период волн определяется следующим образом:
где λ – истинная длина волны, м;
Vc – скорость судна, уз;
q – курсовой угол направления бега волны, град.;
с = 1,25√λ – скорость бега волны, м/с.
Знак «+» относится к случаю движения судна против волны, «–» – по волне.
Практически кажущийся период волны может быть рассчитан по формуле: τ’ = Δt/(n – 1), где Δt – время прохождения нескольких гребней волны, сек.; n – число гребней за это время.
Длину волны на судне можно получить следующим образом:
где τ’ – кажущийся период волны, сек.;
l – расстояние между двумя точками на судне, м;
Δt – время, за которое гребень волны проходит расстояние l.
Практически длина волны определяется в сравнении с длиной судна.
Для облегчения управления судном в шторм служат диаграммы штормования. Они позволяют решать следующие задачи:
• выбор безопасного курса судна в штормовую погоду;
• выбор безопасной скорости судна в штормовую погоду;
• определение резонансных зон бортовой качки;
• определение длины волны, раскачивающей судно;
• построение резонансной зоны на попутном волнении.
Наибольшее распространение получила универсальная диаграмма штормования, построенная на основе приведенной ранее формулы для кажущегося периода волнения. Диаграмма состоит из двух частей. В верхней ее части нанесены кажущиеся периоды волн в виде семейства кривых. Пунктирная кривая соответствует случаю, когда τ’ = ∞ , т.е. судно идет на попутном волнении и его скорость равна скорости распространения волн. Ниже пунктирной кривой расположены кривые, соответствующие случаям, когда судно обгоняет волны.
На вертикальной оси отложены длины волн X от 0 до 240 м. Отрезки горизонтальной оси влево и вправо от 0 соответствуют проекциям скорости судна на направление бега волн (Vcosq ). Для нахождения величины Vcosq к основной диаграмме пристроена в нижней части вспомогательная диаграмма, которая представляет собой семейство
концентрических окружностей и радиальных линий. Каждой окружности соответствуют скорости судна от 0 до 24 уз, а радиальным линиям — курсовые углы направления бега волн q от 0 до 180°. Над диаграммой помещена шкала для определения кажущегося периода волны, соответствующего зоне резонанса 0,7 τ’ < Т < 1,3 τ’. Слева от диаграммы помещены шкалы А и В для определения зон усиленной качки при нерегулярном волнении, а справа находится шкала баллов волнения, используемая в тех же случаях.
Вход в диаграмму возможен тремя путями: при регулярном или близком к регулярному волнению — по длине волны (вертикальная ось); при нерегулярном волнении — по высоте волн 3 %-й обеспеченности (левая шкала) и степени волнения в баллах (правая шкала).
Предварительно рассчитывается или определяется, согласно информации капитана по остойчивости, период свободных колебаний судна. Длина волны определяется сравнением с длиной судна. Кроме того, длину волны можно определить по кажущемуся периоду волн с использованием диаграммы качки. Кажущийся период волны определяется как среднее арифметическое из времени последовательного прохождения одноименных элементов 10-20 волн через визирную
плоскость пеленгатора или какой-либо створ на судне, ориентированный параллельно гребням волн.
Последовательность решения задачи: в нижней части диаграммы находится точка, соответствующая скорости судна V и курсовому углу волн q. Из этой точки проводится вертикальная линия до пересечения с кривой, соответствующей определенному кажущемуся периоду волн τ’; ордината точки пересечения соответствует длине волны λ.
Высота волн 3 %-й обеспеченности определяется следующим образом: из наиболее низкой точки судна “на глаз” определяется высота трех наиболее крупных из ста волн; высота меньшей из трех определенных волн принимается за высоту волн 3 %-й обеспеченности.
Пример. Определить зону усиленной бортовой качки судна, скорость которого V равна 12 уз, курсовой угол волны q равен 550. Рассчитываем при помощи секундомера или находим из судовой Информации об остойчивости период свободных колебаний судна: Т = 9 с. Определяем кажущийся период волн τ’ = 7,5 с. Определяем длину волны по диаграмме λ = 140 м. Используя верхние шкалы, определяем кажущиеся периоды волн, соответствующие границам зоны усиленной качки: τ’ 2= 7 с, τ’ 1= 13 с, находим точки пересечения кривых τ’ 2 = 7 с, τ’ = 9 с, τ’ 1 = 13 с горизонтальной линией, проходящей через отметку λ = 140 м, через них проводим вертикальные линии. Образованные этими линиями полосы, выделенные на нижней части диаграммы, являются зонами усиленной качки.
