 |
5.1. Определение нормируемых Регистром судоходства
|
|
|
|
5. 1. Определение нормируемых Регистром судоходства
и Кодексом ИМО параметров остойчивости
Требования к остойчивости неповрежденных судов Международной Морской Организации (IMO) содержатся в Code on Intact Stability for All Types of Ships Covered by IMO Instruments (Кодекс остойчивости ИМО) и определяют предельные значения следующих параметров для судов всех типов:
- критерий погоды;
- угол крена от действия постоянного ветра;
- наибольшее плечо и угол максимума диаграммы статической остойчивости;
- площади диаграммы статической остойчивости до углов крена 30, 40° (или угла заливания, если он меньше) и между 30 и 40° (или углом заливания);
- исправленная начальная метацентрическая высота.
Для проверки остойчивости по требованиям Кодекса выполняются расчеты нормируемых параметров. Значения обозначенных на ДСО параметров определяются по диаграмме. Критерий погоды определяется по нижеприведенной методике в п. 5. 2.
Значения нормируемых Кодексом остойчивости величин приведены в табл. 16.
5. 2. Проверка остойчивости судна при заданной
загрузке по критерию погоды
Проверка остойчивости судна по критерию погоды выполняется с помощью ДСО, построенной для принятого варианта нагрузки (рис. 6).
На рис. 6:
θ 1– угол крена судна при качке навстречу шквалу от исходного положения;
θ 1r – угол условной амплитуды бортовой качки судна на волнении;
θ w2– угол крена судна, равный 500, или θ f, или θ с (берется меньшее значение);
θ w1– угол крена, вызванный постоянным ветром;
θ f – угол заливания (угол крена судна, при котором входят в воду открытые отверстия на корпусе);
θ с – угол, соответствующий второй точке пересечения кренящего плеча lw2 с диаграммой статической остойчивости.
|
|
|
lwl – плечо постоянного кренящего момента, вызванного постоянным ветром;
lw2 – плечодинамически действующего на судно момента от порыва ветра.
Рис. 6. Проверка остойчивости судна по критерию погоды
Считается, что судно находится под действием ветра постоянной скорости, направленного перпендикулярно к его диаметральной плоскости. На судно будет действовать постоянный кренящий момент от ветра.
1. Определяется плечо lwl постоянного кренящего момента:
lw1 =( Zр + d/2) Av ·Pv / Δ ∙ 1000g, т· м,
где Zр, м – возвышение центра парусности над действующей ватерлинией, соответствующей осадке d;
Av, м2– площадь парусности т/х при осадке d;
Pv, Па – расчетное давление ветра, которое принимается в зависимости от района плавания (для неограниченного района плавания Pv =504 Па);
Δ – водоизмещение судна при заданном варианте загрузки;
g – ускорение свободного падения принимается равным 9, 81 м/с2.
Расчет площади парусности Av и аппликаты центра парусности (ЦП) Zv выполняется по боковому виду судна (рис. 7), который разбивается на ряд простых элементов площадью Аi с отстоянием их центров от действующей ватерлинии zi.
Рис. 7. Расчет площади парусности судна
Значения Zp и Av рассчитываются по формулам:
Av = А1+ А2+ А 3+... + Аn;
Zр = (А1· z1+ А2· z2 + А 3· z3 +... + А n· zn) /(А1+ А2+ А3+... + Аn).
Площадь элементов Аi и расположение их центров парусности определяется в зависимости от формы элементарных площадей (рис. 8).
Площадь треугольника АВС определяется как произведение его высоты h на половину основания АС.
Для определения ЦП треугольника ABC необходимо две его вершины соединить прямыми линиями с серединой противоположных сторон АД и BE. Точка пересечения этих двух линий «0» и есть ЦП треугольника.
Рис. 8. Центры парусности фигур
|
|
|
Площадь трапеции АВСД определяется как произведение высоты на полусумму противоположных сторон АД и ВС.
Для отыскания ЦП трапецеидальной фигуры АВСД делят противоположные стороны ВС и АД пополам и проводят линии EF, АЕ и FC. По линии АЕ, считая от точки Е, откладывают треть его длины (точка G). По линии CF, считая от точки F, откладывают треть длины (точка Н). Соединяют точки G и Н прямой линией. Точка пересечения прямых ЕF и GH «0» и есть ЦП трапеции.
Площадь неправильного четырехугольника АСВД определяют как сумму площадей треугольников, составляющих его.
Для определения ЦП четырехугольника АСВД делят противоположные стороны АД и СВ пополам точки Е и К. Соединяют точку Е с углами А и Д, а точку F с углами С и В прямыми линиями. На каждой из прямых ЕА и ЕД, FC и FB, соответственно от точек Е и F, откладывают по одной третьей этих отрезков и получают точки R, G, S, H. Соединяют точки R, G, S, H отрезками GН и RS. Точка пересечения этих отрезков «0» и есть ЦП четырехугольника.
Если в судовой документации есть данные по парусности судна пó рожнем, то величины Zp и Av рассчитываются по формулам:
Zр =[Av0· Zp0 − ( Av0 – δ A/2)(d − d0)]/( Av0 − δ A), м;
δ A= L(d − d0), м2;
Av = Av0 − δ A, м2,
где d0 – средняя осадка порожнего судна (d0 = 3, 1 м для т/х «Вячеслав Шишков»);
Zр0 – возвышение парусности порожнего судна над действующей ватерлинией (Zр0= 8, 84 м для т/х «Вячеслав Шишков»);
Av0 – площадь парусности судна порожнем (Av0 = 2040 м2 для т/х «Вячеслав Шишков»);
L – длина действующей ватерлинии (для т/х «Вячеслав Шишков» принимается, равной 138 м).
2. Определяется статический угол крена θ w1, вызванный постоянным ветром. Для этого на ДСО откладывают плечо постоянного кренящего моментаlwl и проводят горизонтальную линию. Точка пересечения этой линии с кривой l (θ ) дает статический угол крена, вызванный постоянным ветром: θ w10.
Угол крена от постоянного ветра 
не должен превышать 16º или 0, 8 угла, при котором входит в воду кромка открытой палубы θ d (а при перевозке контейнеров – больше 0, 5 того же угла).
Определяется угол входа палубы в воду:
θ d = arctg(2(D–d)/B),
где D – высота борта, м;
d – средняя осадка судна, м;
B – ширина судна по ватерлинии, м.
Проверяется выполнение требования 
.
|
|
|
Для контейнеровоза угол крена от постоянного ветра должен быть θ w1 ≤ 0, 5 θ d.
3. Определяется плечо lw2 динамически действующего на судно момента от порыва ветра:
lw2 = 1, 5·lw1, м.
Полученное плечо откладывается на ДСО и проводится горизонтальная линия.
4. Определяется условная амплитуда бортовой качки судна θ 1r. Для судна со скуловыми килями:
θ 1r =109·k X1X2√ (r∙ S).
Входящие в вышеприведенную зависимость коэффициенты определяются из табл. 11–14.
Множитель X1 определяют из табл. 11 по отношению ширины судна к его осадке В/d.
Таблица 11
Множитель X1
| В/d | ≤ 2, 4 | 2, 8 | 3, 0 | 3, 2 | 3, 4 | 3, 5 | 4, 0 | 4, 5 | 5, 0 | 5, 5 | 6, 0 | ≥ 6, 5 |
| X1 | 1, 00 | 0, 93 | 0, 9 | 0, 86 | 0, 82 | 0, 8 | 0, 78 | 0, 76 | 0, 72 | 0, 68 | 0, 64 | 0, 62 |
МножительX2определяют из табл. 12 по значению коэффициента общей полноты δ.
Таблица 12
Множитель X2
| δ | 0, 45 и менее | 0, 50 | 0, 55 | 0, 60 | 0, 65 | 0, 70 и более |
| X2 | 0, 75 | 0, 82 | 0, 89 | 0, 95 | 0, 97 | 1, 00 |
Коэффициент общей полноты δ определяется по зависимости:
δ = Δ /ρ LBd,
где L – длина судна, м;
В – ширина судна, м;
Δ – водоизмещение судна при заданном варианте загрузки, т;
ρ – плотность забортной воды, т/м3;
d – осадка судна, м.
Таблица 13
Коэффициент k
| Аk / LB | 1, 0 | 1, 5 | 2, 0 | 2, 5 | 3, 0 | 3, 6 | 4, 0 и выше | |
| k | 1, 00 | 0, 98 | 0, 95 | 0, 88 | 0, 79 | 0, 74 | 0, 72 | 0, 70 |
Величину k выбирают из табл. 13 по величине Аk / LB,
где Аk ≈ 0, 004·SГВЛ = 0, 04·α ·L·В – общая площадь скуловых килей (Аk =36, 0м2 для т/х «Вячеслав Шишков»);
α – коэффициент полноты ватерлинии.
Параметр r определяется по формуле:
r = 0, 73+[0, 6(zg – d)/d]
Значение r не должно приниматься больше 1.
Безразмерный множитель S определяется по табл. 14 в зависимости от района плавания судна и периода качки τ θ , который рассчитывается по формуле:
τ θ =2сВ/√ h,
где с = 0, 373+0, 023 В/d − 0, 043 L/100;
h – исправленная метацентрическая высота (с поправкой на свободные поверхности жидких грузов).
Таблица 14
Множитель S
| τ θ , с | ≤ 5 | ||||||||
| S | 0, 1 | 0, 1 | 0, 098 | 0, 093 | 0, 079 | 0, 065 | 0, 053 | 0, 044 | 0, 038 |
Полученное значение угла θ 1r откладывается на ДСО влево от угла θ w1 и проводится вертикальная линия от кривой l(θ ) до горизонтальной линии плеча lw2.
|
|
|
5. Вычисляются и сравниваются площади а и b, заштрихованные на рис. 6.
Площадь b ограничена кривой l(θ ) восстанавливающих плеч, горизонтальной прямой, соответствующей кренящему плечу lw2, и углом крена θ w2 = 50° либо углом заливания θ f, либо углом крена θ С, соответствующим точке второго пересечения прямой lw2 с кривой восстанавливающих плеч, в зависимости от того, какой из этих углов меньше.
Площадь а ограничена кривой восстанавливающих плеч, прямой lw2 и углом крена, равным θ w1 − θ 1r.
Определяются величины площадей а и b. С погрешностью в безопасную сторону по форме их можно принять за треугольники:
а = 0, 5∙ [θ 1 +θ 2]∙ l1 / 57, 30, м∙ рад;
b = 0, 5∙ [500 − θ 2]∙ l2 / 57, 30, м∙ рад.
6. Определяется значение критерия погоды (критерия сильного ветра и бортовой качки по Кодексу ИМО):
К = b/а.
Остойчивость судна по критерию погоды К = b/а считается достаточной, если площадь b равна или больше площади а, т. е. К ≥ 1.
Все необходимые построения для определения критерия погоды выполняются на построенной ДСО для принятого варианта загрузки судна по форме рис. 6 с обозначением плеч и углов.
Результаты расчета критерия погоды сводятся в табл. 15.
Таблица 15
Расчет критерия погоды
| Наименование величин | Обозначение и формулы | Значение величин |
| Возвышение ЦП, м | zv = z р + d/2 | |
| Кренящее плечо постоянного ветра, м | lw1 =zv· Av · Pv / (Δ ∙ 1000g) | |
| Кренящее плечо порыва ветра, м | lw2=1, 5∙ lw1 | |
| Инерционный коэффициент | с=0, 373+0, 023∙ B/d-0, 043∙ L/100 | |
| Период качки, с | τ θ = 2∙ c∙ B/ 
| |
| Коэффициент S | S (из табл. Кодекса) | |
| Коэффициент r | r = 0, 73+0, 6(zg–d)/d | |
| Амплитуда качки, град | θ 1r = 109∙ k∙ X1∙ X2∙ 
| |
| Угол крена от постоянного ветра, град | θ w1 (по диагр. статич. остойч. ) | |
| Угол входа палубы в воду, град | θ d = arctg(2(D–d)/B) | |
| Угол крена при качке навстречу ветру, 0 | θ 1= θ 1r – θ w1 | |
| Угол статического крена соотв. плечу lw2, град | θ 2 (по диагр. статич. остойч. ) | |
| Граница площади «b» диаграммы справа | θ w2 | |
| Площадь «а» диаграммы, м·рад | а= 0, 5∙ [θ 1 +θ 2]∙ l1 / 57, 30 | |
| Площадь «b» диаграммы, м·рад | b=0, 5∙ [500 − θ 2]∙ l2 / 57, 30 | |
| Критерий погоды | K = b/a |
|
|
|
