Разработка предложений по управлению судном ПР.1743 при плавании в штормовых условиях в Каспийском море

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

КАФЕДРА «УПРАВЛЕНИЕ СУДНОМ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СУДОВОЖДЕНИЯ»

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

на тему: РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ СУДНОМ ПР.1743 ПРИ ПЛАВАНИИ В ШТОРМОВЫХ УСЛОВИЯХ В КАСПИЙСКОМ МОРЕ

Работу выполнил:

Артемов Сергей Александрович

Москва 2014



Содержание

Введение

1. Основные данные судна пр.1743

2. Гидрометеорологические условия в Каспийском море

3. Влияние ветра на судно

3.1 Связь параметров истинного и кажущегося ветра

3.2 Аэродинамическая сила и ее момент

3.3 Гидродинамическая сила и ее момент

3.4 Боковая сила руля и ее момент

3.5 Расчетное определение управляемости судна в условиях ветра

3.6 Краткое описание программы «Шторм» построения диаграммы управляемости судна

3.7 Центр парусности судна пр.1743

4. Влияние волнения на судно

4.1 Основные сведения о волнении

4.2 Виды воздействия волнения на судно

4.3 Потеря скорости судна на волнении

4.4 Качка судна

4.5 Связь параметров волнения и истинного ветра

5. Разработка предложений по управлению судном в штормовых условиях

5.1 Требования по управлению судном в штормовых условиях

5.2 Построение «Диаграммы выживаемости судна в штормовых условиях»

5.3 Выживание судна пр.1743 в штормовых условиях

5.4 Предложения по управлению судна пр.1743 при плавании в штормовых условиях

Заключение

Список использованных источников



Введение

Плавание в штормовых условиях является крайней, вынужденной мерой, поскольку несет реальную угрозу экипажу и судну. При получении штормового предупреждения в море или при появлении признаков приближающегося шторма следует:

- либо разойтись со штормовым районом как с обычной движущейся целью, изменив соответственно курс и скорость судна;

- либо направить судно в ближайший порт-убежище и встать на якорную стоянку.

Однако в последнем случае держащей силы якорей может оказаться недостаточно для удержания судна на месте («якоря ползут»), и судно начинает дрейфовать в сторону навигационной опасности. В этом случае оно будет вынуждено сняться с якоря и выйти для штормования в открытое море.

По данным официальной статистики Английского Регистра Ллойда и данным Минтранса РФ в период с 1975 по 2005г. произошло 1630 аварий (в среднем 55 аварий в год). Из них гибель в штормовых условиях - 198 случаев (12,1%). Процент аварийности необъяснимо высок для судов, управляемыми квалифицированными специалистами и возникает необходимость обеспечить судоводителей современными компьютерными технологиями, позволяющие свести к минимуму человеческий фактор и ошибки судоводителей в сложных метеорологических условиях.

Управляемость - способность судна удерживать заданное направление движения или изменять его по желанию судоводителя.

Нарушение хотя бы одного из этих условий называется потерей управляемости судна.

При движении корпус судна взаимодействует одновременно с воздушной и водной средой, со стороны которых испытывает силовой воздействие. Эти силы являются внешними по отношению к судну и имеют продольные и поперечные составляющие относительно диаметральной плоскости судна (ДП). Продольные составляющие этих сил влияют на курсовую скорость судна V_Л и учитываются лагом. Поперечные составляющие этих внешних сил приводят к появлению поперечной составляющей скорости судна и, как следствие, к дрейфу судна. Точки приложения равнодействующих этих сил не совпадают, вообще говоря, с центром тяжести судна (ЦТ) и перемещаются вдоль продольной оси судна как в сторону носовой части, так и кормовой части. В результате возникают моменты внешних сил, которые стремятся развернуть судно вокруг вертикальной оси, проходящей через ЦТ судна. Эти вращательные моменты могут иметь одинаковые или противоположные направления. Если их направления одинаковые, то они действуют согласованно и вращение судна ускоряется. Если направления вращательных моментов противоположны, то эти моменты частично компенсируют друг друга. Противостоять вращению вращению судна под действием внешних сил, то есть удерживать судно на заданном истинном курсе (ИК), судоводитель может только с помощью винто-рулевой группы судна, перекладывая руль и работая машиной.

Управление судном состоит в том, чтобы переложить руль на такой угол в нужном направлении и работать машиной на такой мощности, чтобы судно сохраняло заданный ИК согласно предварительной прокладке.

При этом вращательный момент боковой силы руля линейно зависит от угла перекладки руля () и квадратично от курсовой скорости судна (). Поскольку конструктивно обе величины и V_Л ограничены по величине, то и момент боковой силы руля тоже ограничен по величине.

Штормовые условия плавания характеризуются большой скоростью ветра и сильным волнением моря и, следовательно, большими значениями внешних сил и их моментов. Если учесть, что волнение моря неизбежно уменьшает курсовую скорость судна V_Л. то возможности судоводителя удерживать судно на заданном ИК резко уменьшаются, вплоть до невозможности сделать это. В этом случае управление судном состоит в том, чтобы сохранить судно, выбрав такой ИК (вплоть до поворота на обратный курс) и такую скорость V_Л. чтобы одновременно удовлетворить условиям:

- судно должно быть управляемым;

- машина должна обеспечивать заданную скорость V_Л на волнении;

- судно не должно попасть в зону усиленной качки (бортовой и/или килевой);

- судно не должно потерять остойчивость на попутном волнении.

Трудность решения поставленной задачи заключается в том, что это решение не универсально: оно конкретно для конкретного судна и конкретных внешних условий. Решение, верное для одних судов и внешних условий может оказаться неправильным для других, что приведет к катастрофическим последствиям. Это означает, что даже имеющийся у судоводителя личный опыт успешного штормования может сыграть против него самого. Подобно тому, как судоводители обеспечены средствами предварительного расчета маневра судна по расхождению с целью, необходимо обеспечить их средствами предварительного расчета допустимых значений ИК и V_Л, а так же допустимости маневра судна по изменению ИК для конкретных показаний судовых приборов на начало маневра. Решение данной задачи и является целью данной работы.

Актуальность поставленной задачи следует из того, что:

- суда пр.1743 активно эксплуатируются в настоящее время;

- грузопоток морских перевозок в Каспийском море ежегодно увеличивается;

- штормовые условия в Каспийском море не редки;

- выбор допустимых значений ИК судна и скорости V_Л в штормовых условиях конкретен для конкретных значений этих условий;

- плавание в штормовых условиях изматывает экипаж судна, ухудшает самочувствие его членов и резко увеличивает риск принятия судоводителем ошибочных решений;

- принятие ошибочного решения судоводителем может привести к катастрофическим последствиям, вплоть до гибели судна.

В качестве примера достаточно привести 2 случая из практики морского судовождения.

Пример 1

В 1987 г. при плавании в штормовых условиях на попутном волнении получил статический крен 26⁰ и в дальнейшем опрокинулся т/х «Комсомолец Киргизии» валовой вместимостью 8540 рег.т. Судно следовало из Галифакса в Гавану со скоростью 14-15 узл. при попутном ветре и волнении 3-5 м. Судно управлялось авторулевым и глубоко зарыскивало. От постановки судна на одиночную волну существенно уменьшилась его начальная метацентрическая высота, что привело к появлению статического крена в 15⁰ от смещения груза. Произошло снижение эффективности руля, и судно развернулось вправо лагом к волне. Последующие удары волн и приподнятый борт привели к увеличению динамического крена, дальнейшему смещению груза, увеличению статического крена до 26⁰ и остановке двигателя. Главный двигатель был введен в действие спустя пол часа, после чего капитан принял решение привестись к ветру. Однако судно не развив достаточную скорость не приводилось к ветру. Тогда капитан изменил решение и начал разворот судна через другой борт. Судно привелось к ветру накрененным левым бортом и начало принимать большие массы воды на палубу. Ситуация стала безнадежной. Экипаж покинул судно, оно легло на левый борт и затонуло.

Пример 2

Перелом танкеров типа «Волгонефть» на Каспийском море29 сентября 1973 года в условиях волнения на внешнем рейде Махачкалы переломились пополам два судна проекта 558 - «Волгонефть-63» и «Волгонефть-77». Погибли люди. Когда начался шторм, суда стояли на якоре, на внешнем рейде порта Махачкала в ожидании разгрузки. По морской радиосвязи, работающей на фиксированной частоте, принятой на морском флоте, из Баку поступило штормовое предупреждение, и морские суда укрылись в порту. А суда смешанного плавания типа. «Волгонефть» штормового предупреждения не услышали, поскольку их радиостанции работали на другой фиксированной частоте, принятой в Министерстве речного флота. И они во время шторма остались на внешнем рейде. По сообщению гидрометеорологической службы порта Махачкала волнение на рейде при юго-восточном ветре достигало высоты 4 м при 5%- ной обеспеченности. Сначала (в 17 часов 30 минут) при стоянке на якоре переломился корпус теплохода «Волгонефть-77». Через 40 минут аналогичным образом переломился корпус и этого судна.



1. Технические характеристики и размерения судна ПР. 1743

Тип судна: однопалубный двухвинтовой сухогрузный теплоход с полубаком, четырьмя трюмами и люковым закрытием в средней части судна, с машинным отделением и жилой рубкой в кормовой части.

Назначение: перевозка генеральных, массовых навалочных и лесных грузов, контейнеров.

Класс Речного Регистра РСФСР и район плавания: «М». Магистральные реки и прибрежные морские районы.

Размеры судна габаритные, м:

длина - 108,4

ширина - 15.0

высота от основной плоскости до верхней кромки несъемных частей - 14.1

Размеры корпуса расчетные, м:

длина - 105.0

ширина - 14.8

высота борта - 5.0

высота надводного борта, м - 2.5

Водоизмещение и осадка приведены в табл. 1:

Таблица 1 - Водоизмещение и осадка

Показатели	При 100% загрузке с полными запасами	В балласте и полными запасами	Порожнем
Кол-во груза, т	2100	-	-
Водоизмещение, т	3225	1521	1040
Осадка, м
Средняя	2.51	1,23	0,85
Носом	2.51	0,79	0,10
Кормой	2.51	1,69	1,64
Изменение грузоподъемности на 1 см. осадки, т	13,6	12,9	12,6



Скорость судна с полным грузом при осадке 2.5 м. на глубокой тихой воде, узл. - 10,6

Скорость судна порожнем в балласте, узл - 10.8

Коэффициент полноты при осадке 2,5 м.:

грузовой ватерлинии = 0,880

мидель шпангоута = 0,988

водоизмещения = 0,827

Продольная метацентрическая высота, м:

при водоизмещении 3225 т. - 301

при водоизмещении 1521 т. - 530

при водоизмещении 1040 т. - 672

Поперечная метацентрическая высота, м:

при водоизмещении 3225 т. - 4,89

при водоизмещении 1521 т. - 11,53

при водоизмещении 1040 т. - 17,58

Момент, дифферентующий судно на 1 см., тм:

при водоизмещении 3225 т. - 92

при водоизмещении 1521 т. - 77

при водоизмещении 1040 т. - 67

Грузовые трюмы приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Грузовые трюмы

№ трюма	Размеры настила трюмов	Высота до люковых крышек, м	Размеры люков, м
	Ширина, м	Длина, м	Площадь, м2		Ширина	Длина
1	12,84	18,0	231,1	5,1	10,9	15,5
2	12,84	18,0	231,1	5,1	10,9	15,5
3	12,84	18,0	231,1	5,1	10,9	15,5
4	12,84	17,4	223,4	5,1	10,9	15,5

Руль: 2 подвесных балансирных руля

площадь пера, м²: 2х5;

высота руля по баллеру, м: 2.

Приведенных данных достаточно для решения поставленной задачи. Начальная остойчивость судна обеспечена с большим запасом.



2. Гидрометеорологические условия в Каспийском море

Гидрометеорологические условия:

Ветры. Ветровой режим в различных частях Каспийского моря неодинаков.

Северная часть моря. В открытом море и на побережье в течение всего года преобладают ветры от Е и SE, суммарная повторяемость которых в отдельные месяцы достигает 60%. Из ветров других направлений нередки ветры от N, NW и W (повторяемость каждого из них ДО 30%).

Средняя месячная скорость ветра повсеместно составляет 3-6 м/с, причем наибольшие ее значения отмечаются с октября - ноября по апрель.

Штили наблюдаются редко; повторяемость их, как правило, не превышает 10 %.

Ветры со скоростью 15 м/с и более чаше всего отмечаются в марте - мае, а в районе острова Чечень также в октябре - декабре. В это время среднее месячное число дней с сильным ветром составляет 3 - 4, в остальные месяцы оно менее 2. Продолжительность таких ветров не более 12 ч.

Преобладающие направления сильных ветров - восточное, юго-восточное и северо-западное.

Средняя часть моря. В открытом море н на западном побережье в течение всего года преобладают ветры от SE, Е и NW; повторяемость каждого из них колеблется от 20 до 40%. На Апшеронском полуострове в районе порта Баку господствуют ветры от N (повторяемость 30-50%), но с октября по май часты также ветры от S (15-->25%). На большей части восточного побережья с сентября по апрель-май преобладают ветры от Е (повторяемость от 20 до 50%), а с мая-июня по август - ветры от NW и W (повторяемость соответственно. 30--35 и 20-25%).

Средняя месячная скорость ветра в большинстве пунктов составляет 5~-7 м/с, лишь в районе города Дербент уменьшается до 3-4 м/с.

Повторяемость штилей в течение года изменяется от 4 до 12%, а в районе города Дербент - от 16 до 23%.

Среднее месячное число дней со скоростью ветра 15 м/с и более колеблется преимущественно от 2 до 8, причем чаше всего сильные ветры наблюдаются с октября по апрель; в районе города Дербент с мая по август отмечается 1 день с таким ветром за месяц, а в районе города Форт-Шевченко в декабре число дней с сильным ветром достигает 9.

В районе Апшеронского полуострова возможны сильные штормы, при которых скорость ветра превышает 25 м/с.

Продолжительность сильных и штормовых ветров обычно менее 12 ч. Направление сильных ветров, как правило, совпадает с направлением преобладающих ветров.

Южная часть моря. В открытом море весь год преобладают ветры от N. На восточном побережье с октября по февраль господствуют ветры от Е и NE, повторяемость их соответственно 20-50 и 20-30%; с марта по сентябрь преобладают ветры от N и NW, суммарная повторяемость которых до 60%. На южном побережье в течение почти всего года наиболее вероятны ветры от W (повторяемость от 15 до 50%), лишь на юго-востоке зимой преобладают ветры от N и NE (повторяемость каждого 15-20%). На западном побережье господствуют ветры от NE (от 20 до 35%). В районе порта Энзели с ноября по март чаше всего 15 наблюдаются ветры от NW (20--35%) в районе города Астара весь год отмечается большая повторяемость ветров от W (20-45 %).

Средняя месячная скорость ветра составляет 3-6 м/с, лишь в районе острова Свиной в отдельные месяцы она достигает 7 м/с.

Повторяемость штилей на восточном и западном побережьях колеблется от 3 до 14%, только на отдельных участках восточного побережья в сентябре-апреле она достигает 25%. На южном побережье повторяемость штилей 20-40%.

Среднее месячное число дней со скоростью ветра 15 м/с и более, как правило, не превышает 5, лишь в районе острова Свиной с июля по март оно составляет 6-7. Такие ветры дуют обычно менее 12 ч. Сильные ветры бывают в основном от N и NE.

Бризы на южном побережье Каспийского моря наблюдаются в течение всего года, а на остальных участках - с мая по сентябрь.

Морской бриз обычно начинается утром, а через несколько часов после захода солнца сменяется береговым. Морской бриз повышает относительную влажность и понижает температуру воздуха, а береговой вызывает обратные явления.

Из местных ветров на Каспийском море можно отметить следующие:

«Бакинский норд» -- сильный, холодный и сухой пыльный ветер типа боры в районе порта Баку и к югу от него. Чаще всего он отмечается летом; как правило, сопровождается прояснением. Зимой этот ветер иногда приносит пасмурную погоду с осадками. Скорость бакинского норда иногда может достигать 40 м/с. По мере удаления от берега ветер ослабевает. Иногда бакинский норд дует 85 ч подряд, а в открытом море - несколько недель. Признаками его приближения являются резкое падение атмосферного давления и повышение температуры воздуха. Этот ветер угнетающе действует на человека.

«Бакинская моряна» -- сильный, теплый и сравнительно сухой фен от SW на западном и юго-западном побережьях Каспийского моря. Скорость этого ветра может достигать 20 м/с; особенно хорошо он выражен на участке от города Ленкорань до порта Энзели. При бакинской моряне обычно рассеивается облачность, уменьшается влажность воздуха. Нередко этот ветер предшествует бакинскому норду. В то время как на западном побережье моря дует ветер от SW, на восточном и северном побережьях наблюдается сильный ветер от SE, который здесь тоже называется моряной.

«Каспийский, или восточно-закавказский, муссон» - зимой ветер от NW, дующий с суши в сторону незамерзающей южной части Каспийского моря, а летом в основном ветры от Е и SE, дующие с моря на сушу. Летний муссон развит слабо; он усиливается только в жаркие дни, если при этом вода в Каспийском море остается холодной в течение нескольких дней. Зимний муссон на западном побережье наблюдается 150 дней в году; лишь в устье реки Кура весь год преобладает ветер от NE.

Волнение. Каспийское море довольно неспокойное, особенно его средняя и южная части. В северной части моря развитие волнения ограничено мелководьем, а с ноября по март, кроме того, наличием льда; высоты волн здесь, как правило, не превышают 4 м, лишь иногда 5 в приглубом юго-западном районе северной части моря достигают 8 м.

В течение всего года в Каспийском море преобладают высоты волн менее 2 м; повторяемость их колеблется от 65 до 90 %. Повторяемость высот волн 2-4 м составляет 10-30 %.

В средней и южной частях моря в течение всего года могут отмечаться высоты волн 6 м и более. Особенно неспокойными являются район острова Нефтяные Камни и район, расположенный к северо-западу от него; здесь высота волн может достигать 12 м.

В открытом районе средней и южной частей моря нередко наблюдается сильная зыбь от N и NW, а в северной части - от Е и SE.

В Каспийском море часто отмечается толчея.

Средняя высота волны может достигать 8 м., что соответствует высоте волны h_3% = 16,8 м. и длине волны = 330 м.



3. Влияние ветра на судно

3.1 Связь параметров истинного и кажущегося ветра

Ветер - движение воздуха в горизонтальном направлении, возникающее вследствие неравномерного распределения атмосферного давления.

Параметры ветра:

- направление ветра;

- скорость ветра.

Направление ветра обозначается направлением той части горизонта, откуда он дует («ветер дует в компас»). Направление ветра обозначают в градусах (от 0 до 360 градусов) от истинного норда N_и. Курсовой угол ветра q_w - угол между носовой частью диаметральной плоскости (ДП) судна и направлением на точку горизонта, откуда дует ветер, в пределах от 0 до 180 градусов с добавлением наименования борта судна: левый борт (л/б) или правый борт (п/б). При вычислениях курсовым углам правого борта приписывается знак «+», а левого борта знак «-». На рис. 3 приведены примеры обозначения курсовых углов ветра.

Скорость ветра W (м/с) - число метров, которая воздушная масса проходит за одну секунду. Иногда скорость ветра измеряется в узлах и, наконец, для грубых определений ила ветра оценивается по шкале Бофорта (см. табл. 3).

Таблица 3 - Шкала силы ветра (шкала Бофорта)

Термин	Баллы	Скорость (м/с)	Характеристика	Признаки
Calm	0	0-0.2	Штиль	Зеркально - гладкое море.
Light air	1	0.3-1.5	Тихий ветер	Отдельные, то появляющиеся, то исчезающие пятна легчайщей ряби.
Light breeze	2	1.6-3.3	Легкий ветер	Легкая рябь пятнами.
Gentle breeze	3	3.4-5.4	Слабый ветер	Поверхность моря тускнеет: маленькие, короткие, чуть всплескивающие волны.
Moderate breeze	4	5.5-7.9	Умеренный ветер	Гребни волн начинают опрокидываться, но образуют только стекловидную пену.
Fresh breeze	5	8.0-10.7	Свежий ветер	Местами появляются барашки
Strong breeze	6	10.8-13.8	Сильный ветер	Во многих местах образуются барашки.
Near gale	7	13.9-17.1	Крепкий ветер	Все море покрыто барашками.
	8	17.2-20.7	Очень крепкий ветер	Срываемая с гребней пена ложится полосами по ветру.
Strong gale	9	20.8-24.4	Шторм	Полосы пены ложатся тесными рядами по направлению ветра.
Storm	10	24.5-28.4	Сильный шторм	Пена широкими плотными полосами ложится по ветру, поверхность моря становится белой.
Violent	11	28.5-32.6	Жестокий шторм
Hurricane	12	>32.0	Ураган	Все море покрыто пеной, ветер срывая гребни, несет водяную пыль, уменьшающую видимость.

На судне параметры ветра измеряются судовой метеостанцией или по ручному анемометру.

Кажущийся ветер - ветер параметры которого (W, q_w) измеряются на судне, имеющем ход.

Векторы истинного . кажущегося ветра и курсовой скорости судна (по лагу м/с) связанны соотношением

(1)

Если ввести систему координат X0Y, связанную с судном, то векторы имеют координаты:



(2)

А векторное равенство (1) преобразуется в систему двух уравнений относительно координат:

(3)

Решение этой системы уравнений относительно координат вектора истинного ветра имеют вид:

(м/с) (4)

(град.) (5)

Значению приписывается тот же знак, который имеет .

Решение системы уравнений (3) относительно координат вектора кажущегося ветра имеет вид:

(м/с) (6)

(град.) (7)

Значению приписывается тот же знак что и .

Важно отметить следующее: если судно меняет ИК, то величина и ИП_и точки откуда дует ветер не меняются, а величина изменяется, а следовательно изменяются величины и , зависящие от , согласно (6) и (7). Но именно эти величины формируют координаты диаграммы управляемости судна и от их истинных значений зависит будет ли судно управляемым при проведении запланированного маневра.

3.2 Аэродинамическая сила и ее момент

Равнодействующая сила давления ветра на надводную часть судна - аэродинамическая сила А не совпадает в общем случае с направлением кажущегося ветра, а отклоняется в сторону траверзного направления. Надводная часть судна находится в потоке воздуха под углом атаки, равным курсовому углу кажущегося ветра q_w. При этом на надводной части создается аэродинамическая сила А, имеющая продольную Ах и Аy составляющие. Продольная составляющая Ах влияет на скорость судна и учитывается лагом в значении Vл, а поперечная составляющая Ау вызывает боковое перемещение судна.

Поперечную аэродинамическую силу можно рассчитать по формуле

(H), (8)

где: - безразмерный коэффициент, зависящий от формы надводной части судна, и курсового угла q_w кажущегося ветра.

. (9)

- среднее значение;

- боковая площадь парусности (площадь проекции надводной части на ДП) (м²)

W - эквивалентная скорость кажущегося ветра:



W = 0.83 W_анем (м/с), (10)

где: W_анем - скорость кажущегося ветра по показаниям анемометра.

Точка приложения аэродинамической силы в соответствии со свойствами крыла смещается от центра парусности (ЦП) навстречу потока воздуха (см. рис. 5), то есть при носовых курсовых углах ветра в сторону носа, а при кормовых курсовых углах - в корму. Величина смещения зависит от курсового угла кажущегося ветра: чем острее угол атаки между ДП и направлением ветра, тем дальше от ЦП смещается точка приложения аэродинамической силы.

Плечо поперечной аэродинамической силы относительно центра тяжести (ЦТ) судна можно определить по приближенной формуле:

(м), (11)

где: - отстояние ЦП от ЦТ (м);

- длина судна между носовым и кормовым перпендикулярами (м);

- курсовой угол кажущегося ветра (град).

В формуле (11) величина принимается положительной, если ЦП смещен в нос от ЦТ и отрицательной при его смещении в корму. Знак величины укажет соответственно направление смещения точки приложения аэродинамической силы от ЦТ.

Положение ЦП по длине судна зависит от размеров и расположения надстроек и других надводных частей, а также от дифферента судна и его осадки. Площадь парусности и положение ЦП по длине судна можно рассчитать по чертежу бокового вида судна с учетом масштаба.



3.3 Гидродинамическая сила и ее момент

Поперечная аэродинамическая сила Ау создает боковое перемещение судна - дрейф, со скоростью Vy, в результате чего корпус судна движется с углом дрейфа . В этих условиях корпус судна испытывает сопротивление со стороны воды в виде гидродинамической силы R, имеющей поперечную составляющую R_y.

При движении судна лагом, когда = 90⁰, точка приложения гидродинамической силы R носит название центра бокового сопротивления (ЦБС).

Отстояние ЦБС от мидель-шпангоута можно приближенно рассчитать по формуле:

(м), (13)

где: - осадка носа (м)

- осадка кормы (м)

- длина судна между носовым и кормовым перпендикулярами (м).

Знак «-» у укажет, что ЦБС смещен в корму от мидель-шпангоута, а знак «+» - в нос.

Плечо поперечной гидродинамической силы Ry относительно ЦТ можно приближенно рассчитать по формуле:

(м), (14)

где: - отстояние ЦБС от мидель-шпангоута (м)

- длина судна между носовым и кормовым перпендикулярами (м)

- угол дрейфа (град.).

Знак «-» у укажет, что точка приложения гидродинамической силы смещена в корму от ЦТ, а знак «+» - в нос.

Поперечная гидродинамическая сила Ry рассчитывается по формуле:

(H), (15)

где: - безразмерный коэффициент:

. (16)

- угол дрейфа (град.)

- коэффициент общей полноты судна, ( - )

d - средняя осадка судна (м)

- длина судна между носовым и кормовым перпендикулярами (м)

- массовая плотность забортной воды (= 1025 кг/м³)

- площадь проекции подводной части судна на ДП (м²)

V - скорость судна относительно воды (м/с)

. (17)

- курсовая скорость судна по лагу (м/с)

(м/с) = 0,5 (узл), (18)

Поперечная составляющая гидродинамической силы Ry создает гидродинамический момент:



(Hм), (19)

стремящийся развернуть судно вокруг вертикальной оси, проходящей через ЦТ судна.

3.4 Боковая сила руля и ее момент

Боковая сила одного руля, не попадающего в струю от винта, определяется по формуле:

(H), (20)

где: - коэффициент подъемной силы руля:

. (21)

- относительное удлинение пера руля:

. (22)

h - высота руля по баллеру (м)

- площадь пера руля (м²)

- угол перекладки руля (град.)

- массовая плотность забортной воды (=1025 кг/м³)

- скорость судна относительно воды (м/с)

Если руль расположен за винтом, то необходимо увеличить значение , даваемое формулой (20), в 1,5 - 2 раза. Если судно имеет несколько рулей, то необходимо умножить значение (для одного винта) на количество рулей.

Плечо боковой силы руля определяется по формуле:

(м), (23)

где: - длина судна между носовым и кормовым перпендикулярами (м)

- отстояние ЦТ от мидель - шпангоута (м).

Момент боковой силы руля относительно ЦТ равен:

, (Hм), (24)

и стремится развернуть корму судна вокруг вертикальной оси, проходящей через ЦТ в сторону, обратную направлению перекладки руля.

3.5 Расчетное определение управляемости судна в условиях ветра

При маневрировании в условиях ветра внешние силы (Ау, Rу) и их моменты (М_a, М_R) особенно при небольших скоростях движения V сопоставимы с боковой силой руля Pру и ее моментом Мр, а нередко и превосходит их, что затрудняет или делает даже невозможным выполнение того или иного маневра из-за резкого ухудшения или потери управляемости.

Для аналитического определения условий потери управляемости при маневрировании для установившегося движения необходимо решить систему уравнений:



. (25)

которая выражает одновременно 2 условия: равновесие сил в поперечной плоскости и равновесие моментов этих сил, относительно вертикальной оси, проходящей через ЦТ судна. В системе (25) разные знаки Ау и Rу указывают, что эти силы всегда направлены противоположно друг другу, а двойной знак у силы руля указывает, что руль может быть переложен как на ветер, так и под ветер. Двойной знак аэродинамического момента показывает, что этот момент по направлению может совпадать или не совпадать с гидродинамическим моментом , что зависит от положения точек приложения сил Ау и Rу относительно ЦТ судна. Знаком результирующего момента определяется сторона перекладки руля. Руль должен быть переложен таким образом, чтобы его момент компенсировал результирующий момент аэро- и гидродинамических сил на корпусе.

Угол перекладки руля рекомендуется принимать при расчетах из промежутков (-20⁰, +20⁰) вместо перекладки на борт (30…35⁰) т.к. необходимо иметь некоторый резерв, требуемый для выравнивания рыскания судна.

Сущность совместного решения системы (25) заключается в следующем: для каждой пары фиксированных значений последовательно задаются значения с заданным шагом из промежутка (-20⁰, +20⁰) и для каждого из них из первого уравнения системы (25) определяется угол дрейфа , при котором первое уравнение превращается в равенство. Таких пар значений () множество и все они являются решением первого уравнения. Последовательно подставляя найденные значения () во второе уравнение системы (25), смотрим, какая из этих пар обратит второе уравнение в равенство. Если такая пара значений () найдена, то она и будет искомым решением системы уравнений и судно считается управляемым для данных значений .

Если такая пара значений () не найдена, то судно считается неуправляемым для данных значений . При этом определяется направление результирующего момента двух моментов (M_A и M_R):

- если результирующий момент неудержимо разворачивает нос судна на ветер, то это называется потерей управляемости первого рода, и точка относится к зоне потери управляемости (ЗПУ) 1-го рода;

- если результирующий момент неудержимо разворачивает нос судна под ветер, то это называется потерей управляемости второго рода, и точка относится к зоне потери управляемости (ЗПУ) 2-го рода.

3.6 Краткое описание программы «Шторм» построения диаграммы управляемости судна

Программа «Шторм» разработана для численного решения системы уравнений (25) на персональном компьютере и графического построения диаграммы управляемости судна в координатах для двух режимов загрузки судна: судно в грузу и в балласте по выбору пользователя в диалоговом режиме. Точки, принадлежащие ЗПУ первого рода отмечаются на диаграмме цифрой «1»; ЗПУ 2-го рода - цифрой «2». Точки в которых судно управляемо отмечены цифрой «0». Предусмотрены следующие режимы работы программы:

1. Построение диаграммы управляемости судна.

2. Определение места судна на диаграмме управляемости.

3. Допустимые скорости судна на заданном курсе.

4. Построение диаграммы выживаемости судна.

Если при этом судно попадает в ЗПУ, то звучит звуковой сигнал тревоги.

Требуемые исходные данные по судну проекта 1743 уже заложены в программу. При необходимости программа может быть дополнена базой исходных данных для судов иных проектов, и пользователю нужно будет ввести только номер проекта судна и режим его загрузки. Программа написана на языке С++.

3.7 Центр парусности судна пр.1743

Проведем в ДП судна ось Х параллельно основной плоскости судна (ОП) с началом отсчета Х=0 на мидель-шпангоуте. Значение Х в нос судна будем считать положительными, а в корму - отрицательными.

ЦТ судна - точка приложения равнодействующей силы тяжести, действующей на судно.

Координата Х_ЦТ судна относительно мидель-шпангоута судна равна:

, (м), (26)

где: - суммарный дифферентующий момент (тм):

, (тм), (27)

- момент, дифферентующий судно на 1 см. (тм/см)

- осадка судна носом (м)

- осадка судна кормой (м)

D - весовое водоизмещение судна (т)

Центр парусности судна (ЦП) - точка приложения равнодействующей силы ветровой нагрузки траверзного направления, действующей на судна без хода.

Координата Хцп относительно мидель-шпангоута вычисляется следующим способом: на миллиметровой бумаге в заданном масштабе вычерчивается эскиз проекции боковой поверхности судна на ДП, который разбивается на ряд фигур, желательно геометрически правильных.

Для каждой фигуры вычисляются:

- площадь Si; если фигура геометрически правильная, то по формуле геометрии; если неправильная (с криволинейными сторонами), то подсчетом клеточек, охватываемых контуром фигуры, и умножением их числа на площадь одной клеточки (зная масштаб эскиза, знаем длину стороны клеточки (м) и ее площадь (м²)). Клеточки, попадающие на линию контура фигуры, считаются за половину.

- координата ЦП Хцпi;

1. Если фигура геометрически правильная, то ее ЦП на эскизе определяется так:

1.1 Треугольник: точка пересечения медиан

1.2 Прямоугольник, квадрат, параллелограмм: точкой пересечения диагоналей

2. Если фигура геометрически неправильная то ее ЦП на эскизе определяется так: для каждого j-го вертикального столбца клеточек, охватываемого контуром фигуры, подсчитывается их число и их суммарная площадь Sj (умножением числа клеточек на площадь одной клеточки). Клеточки, попадающие на линию контура фигуры, считаются за половину. На эскизе снимается координата Xj данного столбца клеточек от мидель-шпангоута.

Тогда Хцп фигуры равен:



, (м), (28)

Суммирование производится по столбцам клеточек.

Определив площади Si и Xцпi -координаты каждой фигуры разбиения эскиза проекции боковой поверхности судна на ДП, координата Хцп центра парусности всего судна относительно мидель-шпангоута равна:

, (м), (29)

Суммирование производится по фигурам разбиения эскиза.

Эскиз проекции боковой поверхности судна пр.1743 на мм. Бумаге в масштабе 1:100 для двух режимов загрузки (в грузу и в балласте) приведен в Приложении А. Сторона одной клеточки в этом случае соответствует 0.1 м., а ее площадь - 0.01 м². Цифрами отмечены фигуры разбиения эскиза.

Тогда Хцп координата судна равна:

- судно в грузу:

- судно в балласте:

Площади проекций надводной части судна на ДП определяются из табл. 4 и 5:

Площади проекций подводной части судна на ДП равна:

Центр бокового сопротивления судна (ЦБС) - точка приложения равнодействующей силы реакции воды (гидродинамической силы R) при движении судна лагом, когда угол дрейфа =90⁰

Координата Хцбс центра бокового сопротивления судна относительно мидель-шпангоута определяется по формуле:

, (м), (30)

где: - осадка носа (м)

- осадка кормы (м)

- длина судна между носовым и кормовым перпендикулярами (м).

После подстановки в формулы числовых значений, входящих в них величин для судна пр.1743 получаем:

1) Судно в грузу:

- аэродинамическая сила и ее момент

(Н), (31)

(м), (32)

(Нм). (33)

- гидродинамическая сила и ее момент

. (H), (34)

. (м), (35)

(Нм), (36)



- боковая сила руля и ее момент:

. (H), (37)

(м). (38)

. (Hм). (39)

- система уравнений (25):

. (40)

Второе уравнение может быть решено только численно на компьютере, т.к. одновременно содержит в себе тригонометрическую функцию (sin) и ее аргумент ().

Первое уравнение после замены

. (41)

И деления обеих частей на V_л² преобразуется к виду:

, (42)

И представляет собой квадратичное уравнение относительно sin (знаки «» отнесены к ) :



-20⁰ +20⁰. (43)

Вводя обозначения:

а = . (44)

b = (45)

c = . (46)

D = b² - 4ac. (47)

Получаем решение:

. (48)

(град). (49)

Численные решения системы уравнений (40) на компьютере проводилась программой «Шторм» и результаты представлены в виде диаграммы управляемости судна в координатах .

Курсовая скорость судна V_л при этом измеряется в узлах, а скорость кажущегося ветра W (м/с).

1) Судно в балласте:

- аэродинамическая сила и ее момент

(Н), (50)

(м), (51)

(Нм), (52)



- гидродинамическая сила и ее момент

. (H), (53)

. (м), (54)

(Нм). (55)

- боковая сила руля и ее момент:

. (H). (56)

(м). (57)

. (Hм). (58)

- система уравнений (25):

. (59)

После преобразований, аналогичных тем, что были произведены для системы уравнений (40), первое уравнение преобразуется в квадратичное уравнение относительно sin.

, (60)

Знаки «» отнесены к : -20⁰ +20⁰

Вводя обозначения:



а = . (61)

b = . (62)

c = . (63)

D = b² - 4ac. (64)

Получаем решение:

. (65)

(град). (66)

Курсовая скорость судна V_л при этом измеряется в узлах, а скорость кажущегося ветра W (м/с).

При воздействии только ветра судно пр. 1743 является управляемым для любых курсовых углов кажущегося ветра, если машины способны развить скорость 10.6 узл. для судна в грузу и 10.8 узл. для судна в балласте вплоть до ураганных ветров.

Если машина не способна развить данные скорости, то судно может попасть в:

- ЗПУ 1 рода на курсовых углах q_w от 25⁰ до 175⁰ для судна в грузу, и на курсовых углах q_w от 85⁰ до 175⁰ для судна в балласте;

- ЗПУ 2 рода на курсовых углах q_w от 3⁰ до 40⁰ для судна в грузу, и на курсовых углах q_w от 3⁰ до 55⁰ для судна в балласте.

При этом для любой скорости кажущегося ветра или скорости судна существует область управляемости, но для ограниченных курсовых углов.

Наиболее опасными являются кормовые углы кажущегося ветра, т.к. при малейшей ошибке судоводителя судно неудержимо приводится к ветру на большой угол и со значительной угловой скоростью.

Аналогичная опасность, но с менее тяжкими последствиями наступает при носовых углах кажущегося ветра, при которых судно неудержимо уваливается под ветер.



4. Влияние волнения на судно

4.1 Основные сведения о волнении

Волнение - образование волн на поверхности моря в результате действия ветра.

В зависимости от условий образования и распространения волн различают 3 основных типа волнения:

- ветровое волнение - волнение, вызванное ветром, продолжающим дуть во время наблюдения; подветренный склон у ветровых волн круче, чем наветренный; при сильном ветре гребне ветровых волн заваливаются и срываются;

- зыбь - волнение, продолжающееся после ветра, уже затихшего, ослабевшего или изменившего свое направление; волны зыби имеют более правильную форму, чем ветровые волны и обычно длиннее их; мертвой зыбью называется зыбь, распространяющаяся при полном безветрии;

- смешанное волнение - волнение, когда одновременно наблюдаются зыбь и ветровая волна.

Средний волновой уровень - линия, пересекающая волновой профиль так, что суммарные площади выше и ниже этой линии одинаковы.

Геометрические элементы волны:

- гребень - часть волны, расположенная выше среднего волнового уровня;

- вершина - наивысшая точка гребня волны;

- ложбина - часть волны, расположенная ниже среднего волнового уровня;

- подошва - найнизшая точка ложбины волны;

- высота (h) - превышение вершины волны над соседней подошвой на волновом профиле;

- длина ( ) - горизонтальное расстояние между вершинами 2-х смежных гребней на волновом профиле;

- крутизна - отношение высоты h данной волны к ее длине ;

- угол волнового склона - угол между касательной линией к волновому профилю и средним волновым уровнем.

Кинематические элементы волны:

Пеленг волнения (П) - угол между нордовой частью истинного меридиана и направлением, откуда приходят волны (как и для ветра - «в компас»)

Курсовой угол волнения (q)

q = П - ИК (град), (67)

где: ИК - истинный курс судна (град)

q = 0⁰ для встречного волнения

q = 180⁰ для попутного

Величина q имеет знак: «+» для правого борта и «-» для левого.

Период волны - интервал времени между прохождением двух смежных вершин волны через фиксируемую вертикаль (сек.)

Скорость волны (с) - скорость перемещения гребня волны в направлении ее распространения (м/с).

После прекращения ветра волны постепенно превращаются в волны зыби, близкие по своей форме к синусоиде. Волнение становится двумерным и правильным, или регулярным.

На основании гидродинамической теории волн получены формулы, связывающие отдельные элементы волн глубокого моря (H > /2):

(м), (68)

(с), (69)

(м/с), (70)

(рад). (71)

Величина максимального угла волнового склона не превосходит 15⁰, т.к. при дальнейшем его увеличении гребень волны опрокидывается и волна разрушается.

Ветровое волнение характеризуется нерегулярностью, что является следствием образования и наложения волн различной длины.

Для изучения такого сложного реального ветрового волнения предложена статистическая теория волн, которая рассматривает взволнованную поверхность моря как статистическую совокупность случайных по размерам волн.

Распределение высот волн (h) характеризуется безразмерной функцией обеспеченности:

. (72)

где: h_ср - среднее значение высоты волн (например, измерить высоты 100, подряд идущих волн, просуммировать их и поделить результат на 100).

Функция обеспеченности F(h) представляет собой вероятность того, что в совокупности волн найдутся волны с высотой больше или равной данному значению h.

Пример: В совокупности волн нерегулярного волнения с h_ср = 4 м. определить вероятность нахождения волн с высотами большими или равными h = 8 м.



Это означает, что из 1000 подряд идущих волн найдутся 43 волны с высотой большей или равной 8 м. Высоты остальных 957 волн будут строго меньше 8 м.

В отечественной практике для характеристики волнения используется h_3% - волна 3% обеспеченности. Это означает, например, при h_3% = 6м, что только у 3 из 100 последовательных волн высота будет больше или равно 6 м. У остальных 97 волн из 100 высота будет строго меньше 6 м.

За рубежом в качестве параметра интенсивности волнения используется h_1/3 - значительная высота волн, которая представляет собой среднюю величину из 1/3 высоких волн, наблюдаемых при данном волнении. Т.е. из 100 подряд идущих волн отбираются 33 волны (1/3 от 100) с наибольшей высотой, суммируются их высоты и результат делится на 33.

Для сравнения волн различной обеспеченности существует равенство

h_3% = 1,33* h_1/3 = 2,1 h_ср (м). (73)

Необходимо заметить, что с малой обеспеченностью возможны очень высокие волны, воздействие даже одной такой волны на судно катастрофическое (например, в Северном море зарегистрирована волна высотой 21 м., или известные «wave-killer» возле м. Игольный).

Интенсивность волнения оценивают в баллах. Бальность волнения по шкале ГУГМС 1953г. пропорциональна h_3%.

4.2 Виды воздействия волнения на судно

Воздействие волнения на судно проявляется следующим образом:

1. Происходит потеря скорости судна из-за:

- увеличения сопротивления движению судна и рыскания судна на курсе;

- снижения эффективности действия гребного винта;

- из-за ограничения используемой мощности двигателя вследствие разгона гребного винта;

- намеренного снижения скорости при возникновении ударов корпуса о волны (слемминг - удары волн в развал носа), заливания палубы и надстроек;

2. Начинается качка судна (бортовая, килевая и вертикальная), которая может привести к резкому увеличению амплитуды отклонения судна от положения равновесия относительно продольной, поперечной и вертикальной осей судна. Это явление называется резонансом. Вызванные качкой инерционные силы являются причиной смещения грузов, сдвига с фундаментов механизмов и судовых устройств. В отдельных случаях бортовая качка приводит к опрокидыванию судна, а килевая - к переламыванию корпуса судна.

3. Происходит потеря начальной остойчивости судна при плавании на попутном волнении. Положение усугубляется еще и тем, что с выходом из воды винто - рулевой группы судно становится неуправляемым. Если в это время под влияние волн судно быстро развернется лагом к волне, то может наступить опрокидывание.

4.3 Потеря скорости судна на волнении

Потеря скорости судна на волнении определяется по формуле:

(узл), (74)

где: - высота волны 3% обеспеченности (м),

q - курсовой угол волны (град.),

D - весовое водоизмещение судна (т.),

- скорость судна на тихой воде (узл.)

Эта формула работает до значений q 165⁰. при котором первая скобка превращается в ноль. Поэтому для значений 150⁰ q 180⁰ необходимо использовать формулу Г. Аертсена:

(узл.), (75)

где: m, n - эмпирические коэффициенты;

- длина судна между носовым и кормовым перпендикулярами (м.);

- скорость судна на тихой воде (узл.)

Дополнительно потребуем: m = n = 0 при = 0 (м) (если нет волнения, то нет и потери скорости судна). Поскольку в дальнейшем возникнет необходимость расчета потери скорости судна при значениях и q не входящих в табл. 7, то необходимо предварительно аппроксимировать значения m и n как по q, так и по .

Аппроксимация m по q: для каждого значения из табл. 8 и интервала значений 45⁰ q 180⁰ содержащего 3 табличных значения m, аппроксимируем m гиперболической зависимостью:

. (76)

где: a, b, c - коэффициенты аппроксимации, подлежащие определению.

Замечание. Аппроксимация полиномами 2ой и 3ей степени относительно q приводит к отрицательным значениям n для некоторых значений q, что недопустимо. Пример: для = 4,0 м. определить коэффициенты аппроксимации. Подставим в (76) соответствующие значения m и q из 3-го столбца табл. 8 и получим систему 3-х уравнений относительно 3-х коэффициентов a, b, c.



Вычитая из уравнения 2' уравнение 1', а из 3' - 2', получаем систему 2-х уравнений, относительно a и b.

Поделив уравнения 5' на 4'. получаем одно уравнение относительно b.

Подставив найденное b в уравнение 4', получим уравнение относительно «а»:

Подставив «а» и «b» в уравнение 1', получим уравнение относительно «с»:



Аппроксимация m по q в этом случае задается зависимостью:

Погрешность аппроксимации опорных значений m не более 1%.

Аппроксимация m по : используя данные табл. 13, для каждого значения q и для каждого интервала значений : (0; 5,6) (м), и (5,6; 9,8) (м), содержащих по 3 табличных значения m, аппроксимируем m гиперболической зависимостью:

. (77)

где: a, b, c - коэффициенты аппроксимации, подлежащие определению.

При этом для курсовых углов волнения 0⁰ q 120⁰ использовалась формула (74); для q = 150⁰ обе формулы (74) и (75) и из них принималось большее значение; для 150⁰ q 180⁰ - формула (75).

4.4 Качка судна

Качка судна - колебательные движения судна под действием внешних сил. Различают качку на тихой воде и на волнении.

Колебания на тихой воде возникают под действием однократно приложенного к корпусу судна момента внешних сил и называются собственными или свободными.

При взволнованном море качка происходит под воздействием волн. Возмущающей силой является сила поддержания, направленная перпендикулярно к поверхности волнового склона, когда волна набегает на корпус судна. Если волнение регулярное, возмущающая сила действует со строгой периодичностью и судно качается во всех своих плоскостях с периодом следования волн. Такие колебания называются вынужденными.

При равенстве значений периода собственных колебаний Т и периода возмущающей силы наблюдается резкое увеличение амплитуд отклонения судна от положения равновесия, называемого резонансом соответствующего вида качки. Особенно крутое возрастание амплитуды происходит при соотношении:

(79)

Этот диапазон периодов называется зоной усиленной качки.

При изменении соотношения изменяется не только амплитуда, но и фаза колебаний судна, что сказывается на его поведении при волнении.

Например, для судна, поставленного лагом к волне различают:

- дорезонансный режим качки (). Судно качается в согласии с волной, и плоскость палубы остается параллельной волновому склону. Крен судна может быть значительным, но не больше максимального угла волнового склона =15⁰. Этот случай имеет место при длинных волнах (с очень большим периодом ) или при большой начальной остойчивости судна (с малым периодом Т);

- резонансный режим качки ( = Т). Качка судна стремительная, с большой амплитудой. Наибольший крен судно имеет на вершине и на подошве волны, где угол волнового склона =0⁰. У низкобортных судов возможно поступление больших масс воды на палубу;

- Зарезонансный режим качки . Амплитуды качки весьма малы, но судно испытывает сильные удары волн в борт (виппинг) и заливание палубы.

Рассмотренные закономерности относятся к бортовой качки судна, но они справедливы и для килевой качки. Специфика состоит в том, что период Т собственных колебаний килевой качки судна мал и поэтому килевая качка при плавании навстречу волнению, как правило, происходит в условиях резонанса, при котором существенно возрастают динамические нагрузки на корпус судна (слемминг), заливаемость судна и дополнительное сопротивление, уменьшающее его ход.

Если судну дать ход, то периодичность воздействия возмущающей силы на корпус изменится и будет зависеть от относительного перемещения судна и волн. Как видно из рис. 13, скорость бега волны по отношению к судну определяется выражением

(м/с). (80)

где: С - скорость бега волны (м/с)

- скорость судна по лагу (м/с)

q - курсовой угол волны, град

Период прохождения волн относительно корпуса является кажущимся периодом волны и определяется выражением

(c.). (81)

где: - длина волны (м.)

Формула (81) показывает, что при постоянной длине волны ее кажущийся период или, что то же самое, действительный период качки судна, зависит только от курсового угла волн q и скорость хода судна .

В практических целях период свободных колебаний бортовой качки определяют по формуле

(c). (82)

где: B - ширина судна (м)

h - поперечная метацентрическая высота (м)

- коэффициент, зависящий от типа судна и состояния нагрузки

Приближенная формула для определения периода свободных колебаний килевой качки судна:

(с), (83)

где: - средняя осадка судна (м)

Судно в грузу:

= 2.51 (м)

= 2.4* = 3,8(с)

Судно в балласте:

= 1,23 (м)

= 2.4* = 2,7(с)

Для построения резонансных зон бортовой и килевой качки используется универсальная штормовая диаграмма Ремеза, построенная на основе формулы 81. Вход в диаграмму производим по высоте волн h_3% для фиксируемых значений h_3%=2, 4, 6, 8, 10, 12. Резонансные зоны для значений h_3% приведены в приложении Б. Резонансные зоны бортовой качки окрашены красным цветом и отмечены полностью, а килевой - желтым и только в той ее части, которая выступает за пределы зоны бортовой качки. Незакрашеная область диаграммы определяет допустимые значения выбора скорости судна и курсового угла волны q с учетом только волнового воздействия и не учитывает воздействия ветра.

Судно в грузу:

- бортовая качка: (с)

(с)

(с)

- килевая качка: (с)

(с)

(с)

Судно в балласте:

- бортовая качка: (с)

(с)

(с)

- килевая качка: (с)

(с)

(с)

Опрокидывание судна попутном волнении происходит из-за резкого уменьшения восстанавливающего момента вследствие уменьшения метацентрической высоты судна h (вплоть до отрицательных значений) при положении судна гребне волны.

Метацентрическая высота судна h определяется формулой

. (84)

где: - аппликата центра величины (м)

r - поперечный метацентрический радиус (м)

- аппликата центра тяжести судна (м)

Из данной формулы следует, что изменение метацентрической высоты равно

(85)



При статической постановке судна на гребень волны положение Ц.Т. судна не меняется (), приращение всегда положительно, т.к. вышедшие из воды объемы оконечностей судна компенсируется погружением в воду объемов его цилиндрической части. Метацентрический радиус r пропорционален моменту инерции площади действующей ватерлинии относительно продольной оси судна. На гребне волны за счет развала бортов площадь действующей ватерлинии в оконечностях судна сокращается и, следовательно < 0. Причем величина уменьшается быстрее, чем увеличивается . В результате .

...