5 (100%) 1 голос[ов]

Необходимость обеспечения безопасности мореплавания судов привело человечество к созданию нормативных материалов, подчиняющих все сферы деятельности кораблестроителей и мореплавателей – от проектирования судна до его эксплуатации – определенным нормативам и регламентациям. Разные государства шли в направлении решения вопросов безопасности своими путями.  Однако, в конце ХХ века появилась необходимость координации деятельности разных государств в этой области и наметилась тенденция к созданию единых нормативов и расчетных методик для всего мирового флота.

В первую очередь, это касалось обеспечения безопасности путем строгого  контроля характеристик остойчивости, поскольку именно недостаточность остойчивости обуславливает аварийность флота, связанную с человеческими жертвами. Рациональное, обоснованное расчетами, проектирование судов не могло полностью решить эту проблему.

Проектант не в состоянии полностью оградить экипажи судов (и пассажиров) от возможности опрокидывания судна, поскольку большая доля ответственности ложится на судоводителей и определяется его грамотными и обоснованными действиями по загрузке судна, её контролю и управлению судном в штормовых условиях.

Начиная с 50-х годов ХХ века в классификационных обществах разных государств, в том числе в Регистре СССР, стали разрабатывать расчетные методики контроля загрузки и остойчивости морских судов. В результате к концу ХХ века существовало несколько разных подходов к оценке остойчивости, которые, каждый в отдельности, обеспечивал определенный уровень безопасности судов от опрокидывания, но которые невозможно было сопоставить друг с другом по причине различия подходов, реализованных в разных странах.

В нашей стране вопросами разработки нормативной базы остойчивости морских судов по заказу Регистра СССР занимался проф. С.Н.Благовещенский. Им были предложены идейные основы научного подхода, который развивался под руководством Регистра судостроительными организациями и учреждениями морского транспорта.

В качестве расчетной ситуации, положенной в основу отечественного подхода в нормировании характеристик остойчивости, была выбрана следующая:

Необходимо перед началом погрузки судна выполнить контрольный расчет остойчивости в предстоящем рейсе для двух состояний его загрузки – на момент начала рейса с полными запасами (100% запасов) и на окончания рейса с неизменным количеством груза, но с остатком запасов в размере 10% исходного их количества.

Большинство контролируемых характеристик остойчивости относится к диаграмме статической остойчивости для этих двух случаев загрузки судна в планируемом рейсе.

К ним относятся:

  • начальная поперечная метацентрическая высота, исправленная на влияние свободных поверхностей запасов и жидких грузов. h0испр≥0;
  • максимальное плечо ДСО lm должно быть не менее 0,20 м (для судов длиной более 105 м) и не менее 0,25 м (для судов длиной менее 80 м). Для судов, длина которых 80<L<105м, предельное значение lm определяется линейной интерполяцией между указанными величинами;
  • угол максимума ДСО не должен быть менее 300;
  • угол заката ДСО не должен быть менее 600;
  • отношение минимального опрокидывающего момента Мопрmin к динамическому кренящему моменту от шквалистого ветра Мкр. дин должно быть больше единицы. Последнее требование получило название «Критерий погоды».

Для ряда специализированных судов (пассажирские суда, лесовозы, контейнеровозы, суда ограниченного района плавания, буксиры, плавкраны, дноуглубительные снаряды и т.д.) были разработаны и другие специфические критерии и соответствующие нормативы. Эти сведения изложены в Разделе 2 «Правил классификации и постройки морских судов»  Российского морского Регистра судоходства, переиздаваемых каждые пять лет.

Критерий погоды для морских судов определяется применительно к ситуации, когда судно, лишенное хода и управления, находится на волнении при действии шквалистого ветра в положении лагом к волне. Характеристики ветра, волнения и бортовой качки назначаются Регистром конкретно для каждого судна в зависимости от разрешенного ему района плавания.

Расчет носит условный характер, и не должен восприниматься буквально и связываться с реальными условиями нахождения судна в море. На момент производства расчета судно еще не загружено и рейс ему только предстоит. Находясь лагом к волнению  и ветру, судно испытывает бортовую качку с условной амплитудой θr (симметрично на правый и левый борт).

В момент наибольшего накренения судна на левый борт на угол θr внезапно воздействует шквал со стороны левого борта. Под влиянием качки судно переваливается на правый борт, а шквал способствует его дальнейшему наклонению. В этой ситуации необходимо определить минимальный опрокидывающий момент Мопрmin  с помощью ДДО, которая должна быть построена заранее по имеющимся уже диаграммам статической остойчивости (ДСО), также для обоих состояний загрузки судна (100% и 10% запасов).

Полученное значение минимального опрокидывающего момента  (это числитель в критерии погоды) сопоставляется со значением кренящего динамического момента от шквалистого ветра, характерного для рассматриваемого района плавания судна М кр. дин:

М кр. дин = 0,001 рв Fп (zп – dср)  [т · м] ,

где   рв – давление ветра по Регистру [кг · м-2],

Fп  и zп – соответственно площадь боковой парусности и аппликата центра парусности судна, соответствующие данной средней осадке dср. (zп  отсчитывается от основной плоскости судна), коэффициент 0,001 необходим для согласования размерностей участвующих величин).

Минимальный опрокидывающий момент Мопрmin определяется на ДДО по методике Регистра судоходства. Вычисляется условная амплитуда бортовой качки  θr по формулам и таблицам Раздела 2 Правил РС [3]. Эта величина угла крена откладывается на ДДО от начала координат влево и вправо. Соответствующие углу крена ± θr точки на ДДО показывают тот диапазон изменения механической работы, которую восстанавливающий момент должен совершать в ответ на раскачивание судна на волнах.

ple4o

Оставшиеся вне этого диапазона участки ДДО – это тот резерв, имеющийся у судна, который остается для противодействия шквалистому ветру.

Из левой части ДДО  необходимо провести касательную к ДДО в ее правую часть.

Эта касательная есть график работы, совершаемой кренящим ветровым моментом, опрокидывающим судно.

Тангенс угла наклона этого графика (прямой касательной линии) к горизонту численно равен в масштабе чертежа минимальному опрокидывающему моменту, который следует использовать в качестве числителя в выражении критерия погоды:

formyla 12

Критерий погоды считается удовлетворен, если его значение по формуле (16) не менее единицы. Величину Критерия погоды можно трактовать – как некий показатель запаса динамической остойчивости, которым располагает судно в данном районе плавания, хотя  в Правилах Регистра об этом не сказано.

Целью данного расчета Критерия погоды Кп является подчинение остойчивости судна тем силовым воздействиям со стороны совместного воздействия ветра и качки, с тем, чтобы загрузка судна обеспечивала запас остойчивости для противодействия судна морской стихии.

Опрокидывающий момент в данной методике действительно оказывается минимальным (но всё же опрокидывающим судно), из трех возможных вариантов, когда ветер (шквал) действует в момент наклонения судна на левый борт (точка А), на правый борт (точка В) или в момент прохождения судном вертикального положения (точка θ = 0).

Необходимую величину тангенса угла βопр на Рис.12 можно получить, если от вершины угла  βопр отложить по горизонтали отрезок длиной 57,30 (1рад) и измерить вертикальный катет образовавшегося треугольника (между горизонтальной линией АВ и касательной АС в масштабе вертикальной оси lдин (м · рад)).

Полученный отрезок lдинопр пересчитывается в Мопрmin умножением на вес судна Р:

Мопрmin = Р · lдинопр

Критерий погоды не изменится, если представить числитель и знаменатель в относительных величинах, разделив оба на вес судна Р:

formula18

Величина в знаменателе (18) может быть названа «плечом динамического кренящего момента», хотя не следует искать ей какой-либо геометрической интерпретации.

Международная Морская Организация (ИМО), основанная в 1948 в Лондоне, осуществляет деятельность по координации усилий в части нормирования остойчивости в разных странах и по созданию единых международных норм по остойчивости морских судов. В настоящее время эта деятельность продолжается, и, хотя такие нормы еще находятся в стадии разработки, уже действуют Временные нормы в виде Кодекса ИМО по остойчивости судов 1993 г.

Нормативы Временного Кодекса ИМО изложены в Правилах Регистра судоходства [3], начиная с издания 1995 г. в Приложении к Разделу 2 «Альтернативные требования к остойчивости морских судов». Альтернативный характер требований ИМО допускает их использование на усмотрение судоходной компании наряду с Нормами Российского Регистра судоходства.

Однако, подход, реализуемый ИМО в данном вопросе, существенно отличается от отечественного подхода практически по всем пунктам требований к остойчивости. Это принципиально иной подход, как по нормативам, так и по их выбору и методике определения Критерия погоды.

Рассмотрим основные требования Альтернативного подхода в Правилах РС:

 

  • метацентрическая высота, исправленная на влияние свободных поверхностей, hиспр ≥ 0,15 м (кроме лесовозов и рыболовных судов);
  • максимальное плечо ДСО, lm ≥ 0,20 м;
  • угол максимума ДСО θm ≥ 300;
  • угол заката ДСО θз ≥ 600;

 

Однако, допускается снижение угла заката θз менее 600, если удастся компенсировать это увеличением l       – на каждый потерянный 10 угла заката θз добавляется 0,01 м величины минимального значения lm сверх 0,20 м (до θз > 500).

 

Также контролируются площади трех участков ДСО:

 

  • площадь части ДСО в пределах углов крена θ = 0 – 300,

S (0 – 300) ≥ 0.055 м · рад;

  • площадь части ДСО в пределах углов крена θ = 300 – 400,

S (300 – 400) ≥ 0.030 м · рад;

  • площадь части ДСО в пределах углов крена θ = 0 – 400,

S (0 – 400) ≥ 0.090 м · рад;

угол заливания должен быть не меньше угла заката ДСО.

dCO

Также контролируется соотношение между минимальным опрокидывающим моментом при качке и кренящим динамическим моментом от шквала в положении лагом к волне (аналог отечественного критерия погоды Кп).

В этом пункте отличия подхода ИМО и Регистра проявляются в наибольшей степени:

 

  • рассматривается совместное воздействие постоянного ветра и шквалистого порыва ветра;
  • бортовая качка имеет несимметричный характер и отсчитывается от угла статического крена от действия постоянного кренящего момента от постоянного ветра;
  • давление постоянного ветра принимается одинаковым для всех судов рв = 504 Па;
  • давление ветра в шквале не участвует в расчете, а просто плечо кренящего момента от шквала l кр.дин принимается в полтора раза больше кренящего плеча от статического ветра l кр.ст :

 

l кр.дин = 1,5 l кр.ст

необходимо добиться, чтобы площадь в участка ДСО (Рис. 14) оказалась бы больше площади а участка ДСО между углом крена θr левого борта до угла крена от действия динамического момента от шквала.

pogoda kriteriy

Угол статического крена от действия постоянного ветра θо со стороны левого борта получают на ДСО как абсциссу точки пересечения графика плеча статического кренящего момента.

formula20

где рв = 504 Па, Fп  и zп – площадь парусности и аппликата центра парусности судна.

Вычисление площади в на ДСО осуществляют между точкой пересечения горизонтальной линии lдин = 1,5 lст  и оканчивая ее вычисление либо при θ = 500, либо в точке пересечения ДСО с линией lдин = 1,5 l.ст , смотря какая точка окажется левее, чтобы получить запас в безопасную сторону.

Как видно, оба подхода в контроле остойчивости отличаются существенно, и сопоставлять их между собой очень трудно.

В связи с этим в настоящее время в разных странах, участниках ИМО ведется исследовательская работа, называемая «гармонизацией требований к остойчивости». ИМО выступает в качестве координатора этой важной работы. Но пока эти исследования не будут завершены, не могут быть сформулированы Единые международные требования к остойчивости морских судов.

Необходимо также подчеркнуть, что действующие в настоящее время методики контроля остойчивости морских судов не охватывают всех возможных ситуаций опрокидывания судна.

Таким образом, обеспечение безопасности плавания судов в значительной степени возложено на судоводителей и зависит от уровня их компетентности, подготовки и опыта практической работы.

 

 

Эй! Моряк, почитай и это:



Добавить комментарий