Рейс дальностью 5000 миль 4 страница

На диаграмме спрямление судна выражается переносом оси 0q_ст в положение y_gq_ст1.

Рис. 3.15

3.4.4.3 Спрямление судна с отрицательной начальной МЦВ

Если у судна начальная МЦВ отрицательна, то его ДСО будет иметь вид, показанный на рис. 3.16, и судно будет имеет крен на правый q_стПрБ или левый борт q_стЛБ.

Рис. 3.16

Пусть судно с отрицательной МЦВ имеет крен на правый борт. Если этот крен попытаться спрямить, создав кренящий момент на левый борт, то при достижении создаваемого момента величины D l_кр, судна перевалится на левый борт и будет иметь крен q_{ст ЛБ2} > q_{ст ЛБ1}, то есть от подобного спрямления крен только увеличится, поэтому спрямлению крена должно предшествовать восстановление остойчивости.

3.5 Динамическая остойчивость судна

Динамической остойчивостью называется способность судна выдерживать, не опрокидываясь, динамическое воздействие кренящего момента.

Рассматривая статическую остойчивость, мы предполагали, что кренящий момент прикладывается к судну постепенно, не вызывая существенной скорости наклонения. Однако на практике часто бывают случаи, когда кренящий момент прикладывается практически мгновенно как, например, при воздействии шквала или обрыве буксирного троса. В этом случае, необходимо учитывать не только величину кренящего момента, но и дополнительное наклонение, возникающее за счет инерции наклонения.

Рассмотрим воздействие на судно динамического кренящего момента М_д (рис. 3.17).

Пусть момент М_д = const и, соответственно, на диаграмме статической остойчивости плечо момента изобразится прямой, параллельной оси наклонений. Если бы кренящий момент действовал статически, то судно бы наклонялось бы до той поры, пока восстанавливающий и кренящий моменты не сравнялись (точка В) и судно имело бы статический крен q_ст. Однако за счет динамики наклонения, достигнув точку В на диаграмме, судно будет иметь некоторую скорость наклонения и соответствующий запас кинетической энергии; благодаря накопленному запасу этой энергии судно продолжит наклонение, расходуя запас энергии на преодоление сопротивления восстанавливающего момента (сопротивлением среды наклонению пренебрегаем), и достигнет угла крена q_д, когда кинетическая энергия наклонения будет погашена избытком момента восстанавливающего над кренящим и скорость наклонения станет равна нулю.

Определить величину динамического крена q_д можно из равенства работ кренящего и восстанавливающего момента Т_кр = Т_в. Поскольку работа момента равна произведению момента на угол наклонения, то работа кренящего момента М_кр = const будет равна Т_кр = М_крq_д , а работа восстанавливающего момента - Т_в = и условие равенство работ будет иметь вид

М_крq_д= . (3.34)

Правая часть выражения (3.34) на рис. 3.17 равна площади прямоугольника 0АDq_д, а левая часть – площади под ДСО от 0 до q_д (фигуры 0ВСDq_д) и условие (3.34) сводится к равенству площадей фигур

S_0АDqд = S_0ВСDqд. (3.35)

Рис. 3.17. Определение динамического крена на ДСО

Из рис. 3.17 видно, что фигуры 0АDq_д и 0ВСDq_д имеют общий участок 0ВDq_д и, соответственно, условие (3.35) сводится к равенству площадей

S_0АВ = S_ВСD. (3.32)

Таким образом, для определения величины угла динамического крена от воздействия постоянного динамически приложенного кренящего момента необходимо подобрать такую вертикальную линию Сq_д, которая совместно с кривой ДСО и прямой кренящего момента образует фигуру, равную по площади фигуре, образованной осью плеч, прямой момента и кривой ДСО (на рис. 3.17 – заштрихованные фигуры).

Предложенный метод позволяет определить предельную величину динамического крена q_{д. пр.} (рис. 3.18).

Для определения q_{д. пр} необходимо подобрать горизонтальную линию АD, отсекающую от ДСО фигуру BCD, равную по площади фигуре ОАВ, заключенной между этой прямой, осью плеч и кривой ДСО (на рис. 3.18 – заштрихованные фигуры). Динамический кренящий момент М_д.опр, опреде-ляемый прямой АD, имеет название динамический опрокидывающий момент (максимальный динамически приложенный кренящий момент, не приводящий к опрокидыванию судна); динамическому опрокидывающему моменту соответствует плечо опрокидывающего момента l_д.опр = M_д.опр/D.

Рис. 3.18. Предельный угол динамического крена

3.5.1 Диаграмма динамической остойчивости

График зависимости плеча динамической остойчивости l_д от угла крена называется диаграммой динамической остойчивости (ДДО). Плечо динамической остойчивости выражает собой работу восстанавливающего момента, разделенную на водоизмещение судна, которая, как было определено выше, определяется площадью ДСО. При построении ДДО ее плечи рассчитываются как соответствующие площади под ДСО для тех же значений углов крена, для которых были определены значения плеч статической остойчивости l_ст при построении ДСО. Площадь ДСО рассчитывается способом трапеций. На рис. 3.19 представлена разбитая на трапеции ДСО и соответствующая ей ДДО.

Плечо ДДО как площадь соответствующего участка ДСО определяется выражением

l_д10i = l_д10(i-1) + 0,5(l_ст10(i-1) + l_ст10i)10/57,3 , (3.37)

где i = 1, ..., n; l_д0 = l_ст0 = 0; 10/57,3 – безразмерная высота трапеции при определении плеч ДСО с шагом 10°.

ДДО имеет максимум, соответствующий углу заката ДСО, точка перегиба ДДО соответствует максимуму ДСО.

Для определения угла динамического крена от действия постоянного кренящего момента на оси наклонений ДДО откладывается 1 рад = 57,3°; через эту точку проводится линия, перпендикулярная к оси наклонения, и на ней откладывается значение плеча кренящего момента (плечо ДДО равно работе, деленной на водоизмещение, а плечо кренящего момента равно моменту, деленному на водоизмещение; поскольку работа равна произведению момента на угол, тогда, если угол равен безразмерной единице – 1 рад, то и соответствующие плечи будут равны); полученная точка соединяется с началом диаграммы; эта прямая пересекает кривую ДДО в точке, соответствующей углу динамического крена.

Плечо динамического опрокидывающего момента на ДДО равно отрезку перпендикуляра, проходящего через q = 1 рад, между осью наклонения и касательной к диаграмме, проведенной из ее начала.

lкр = Мкр/D

							lc
					lкр = Мкр/D

Рис.3.19.

3.5.2 Опрокидывающий момент судна, испытывающего качку

1) На судно, испытывающее качку с амплитудой q_r, в момент максимального наклонения на правый борт (q = q_r) слева действует порыв ветра. На рис. 3.20 показана схема определения динамического опрокидывающего момента на ДСО и ДДО.

Рис. 3.20

2) На судно, испытывающее качку с амплитудой q_r, в момент максимального наклонения на левый борт (q = -q_r) слева действует порыв ветра. На рис. 3.21 показана схема определения динамического опрокидывающего момента на ДСО и ДДО.

Рис. 3.21

Рис. 3.20 и 3.21 иллюстрируют, что наиболее опасным является случай, когда порыв ветра действует с той стороны, куда наклонилось судно. В этом случае на участке наклонения от -q_r до 0 восстанавливающий момент совпадает с кренящим моментом от шквала и, соответственно, работа восстанавливающего момента на этом участке складывается с работой кренящего момента.

Плечо предельного динамического момента для данного случая в Правилах Регистра используется для определения динамического опрокидывающего момента в критерии погоды. Подобная схема наклонения используется и для проверки остойчивости по критерию погоды в Кодексе остойчивости ИМО.

3.6 Нормирование остойчивости

В «Правилах классификации и постройки морских судов» Российского Морского Регистра Судоходства [4] указаны требования к остойчивости морского судна, состоящие из двух разделов – «Общие требования к остойчивости» и «Дополнительные требования к остойчивости».

Общие требования распространяются на все морские суда, поднадзорные Российскому Морскому Регистру Судоходства, дополнительные требования – на каждое судно в зависимости от его назначения.

Требования к остойчивости считаются выполненными, если параметры остойчивости судна не меньше минимально допустимых значений.

Нормируемые Регистром параметры называются критериями остойчивости. Всего нормируется шесть критериев остойчивости: 5 критериев, ограничивающих недостаточную остойчивость, и 1 критерий – чрезмерную остойчивость. Кроме критериев остойчивости Регистром нормируется площадь диаграммы статической остойчивости.

Все критерии равноправны и, если у судна остойчивость не удовлетворена хотя бы по одному критерию, то считается, что остойчивость не удовлетворена полностью.

Требования к остойчивости дифференцированы в зависимости от района плавания судна.

3.6.1 Общие требования к остойчивости