Критерий ускорения

Избыточная остойчивость ограничивается у судов, имеющих отношение /D > 0,08 или B/d > 2,5, а также для судов, перевозящих груз с малым удельным погрузочным объемом. У таких судов необходимо осуществлять проверку остойчивости по критерию ускорения К^*.

Остойчивость по критерию ускорения К^*считается приемлемой, если в рассматриваемом состоянии нагрузки расчетное ускорение (в долях g) не превышает допустимого значения, т.е. выполняется условие

К^* = 0,3/а_расч ³ 1, (3.44)

где а_расч – расчетное ускорение (в долях g), определяемое по формуле

а_расч = 1,1 *10^-3Вm²q_r.

Здесь m = m₀ / – нормируемая частота собственных колебаний судна;

m₀ - коэффициент, определяемый по табл. 3.9 в зависимости от ;

q_r – расчетная амплитуда качки, определяемая как при расчете опрокидывающего момента, град.

Таблица 3.9 - Коэффициент m₀

	0,10 и менее	0,15	0,25	0,50	1,0	2,0	3,0 и более
m0	0,34	0,42	0,64	1,13	1,96	2,69	2,94

Для пассажирских судов угол крена от совместного действия кренящих моментов M_h1 (от скопления пассажиров у борта на своих прогулочных палубах) и M_h2 (на установившейся циркуляции) не должен превышать угла, при котором палуба надводного борта входит в воду или скула выходит из воды, смотря по тому, который угол меньше; во всяком случае угол крена не должен превышать 12°.

Исправленная начальная МЦВ лесовоза:

- с лесным грузом в трюмах и на палубе с полными запасами должна быть не менее 0,1 м;

- с лесным грузом в трюмах и на палубе и с 10 % запасов – не менее 0,05 м;

- судно без груза – не менее 0,15 м.

Исправленная начальная МЦВ рыболовного судна, включая «судно порожнем», должна быть не менее 0,05 м или 0,003 ширины судна, смотря по тому, что больше, для судов постройки до 1994 г., и не менее 0,35 м - для судов современной постройки.

У контейнеровоза определенный по ДСО угол крена на циркуляции или под действием постоянного бокового ветра должен быть не более половины угла, при котором верхняя палуба входит в воду (при определении крена от ветра p_v принимается равной 0,6 величины, определяемой по табл. 3); во всяком случае угол крена не должен превышать 15°.

3.7 Проверка остойчивости

Проверка остойчивости осуществляется по завершению расчета координат ЦТ судна. Проверяется остойчивость по диаграмме контроля остойчивости, представляющей собой график зависимости допустимой метацентрической высоты (или аппликаты ЦТ судна z_g, или момента водоизмещения относительно ОП M_z, или момента дедвейта относительно ОП M_z^DW) от водоизмещения судна.

Рассмотрим диаграмму контроля остойчивости по метацентрической высоте (рис. 3.23).

Для всего диапазона водоизмещения рассчитываются кривые зависимости метацентрической высоты от водоизмещения для предельных значений критериев остойчивости (К = 1,0; l_max = 0,20 м; q_m = 30°; q_v = 60°; h = 0,15 (или минимальное значение по дополнительным требованиям); К^* = 1,0). Рассчитанные кривые наносятся на график. Кривая зависимости h от D при значениях К^* = 1,0 располагается в верхней части диаграммы и отделяет зону достаточной остойчивости от зоны чрезмерной остойчивости; если расчетное значение МЦВ попадает на эту кривую, то остойчивость будет считаться предельной по критерию ускорения, если выше, то – чрезмерной. Остальные 5 кривых располагаются в нижней части диаграммы. Верхняя огибающая этих кривых (на рис. 3.23 – выделенная линия) разделяет зоны достаточной и недостаточной остойчивости: если расчетное значение МЦВ попадает на эту кривую, то остойчивость будет считаться предельной по одному из критериев (в зависимости от того, с участком какой кривой в данном месте совпадает огибающая), а по остальным – достаточной, если ниже, то – недостаточной. Диаграмма контроля остойчивости может быть построена в других координатах; иногда шкала МЦВ направлена сверху вниз.

Рис. 3.23. Диаграмма контроля остойчивости

Для судов, плавающих в районах, в которых необходимо учитывать обледенение, на диаграммах контроля остойчивости наносятся линии допустимых значений МЦВ с учетом обледенения.

В некоторых случаях в Информации об остойчивости приводится таблица допустимых метацентрических высот (или допустимых аппликат ЦТ, или допустимых моментов). В этом случае значения допустимых МЦВ снимаются с соответствующих кривых диаграммы контроля остойчивости, а проверка остойчивости сводится к сравнению расчетного значения МЦВ с допустимым значением.

Если согласно требованиям Регистра у судна должна быть обеспечена непотопляемость при затоплении отсеков, то описанная выше диаграмм используется для проверки «основной остойчивости», т.е. без учета возможного затопления отсеков. Для проверки «аварийной остойчивости», т.е. аварийной остойчивости и аварийной плавучести, используется диаграмма, построенная для предельных значений параметров аварийной остойчивости и аварийной плавучести.

3.8 Информация об остойчивости

На каждом судне имеется согласованная с Регистром Информация об остойчивости. Она представляет собой документ, в котором в систематизированной форме приведены сведения об остойчивости судна и рекомендации по ее поддержанию в процессе эксплуатации судна. Объем Информации может меняться в зависимости от типа судна, его назначения, запаса остойчивости и района плавания.

В Правилах Регистра указывается перечень материалов, которые должны содержаться в Информации об остойчивости.

Информация должна содержать основные данные по судну:

- название судна и верфи, где оно построено, год постройки;

- порт приписки и регистровый номер;

- тип судна и его назначение;

- класс судна;

- район плавания и установленные судну ограничения;

- размерения судна, осадки по грузовым маркам и соответствующий дедвейт;

- скорость хода;

- данные опыта кренования судна, положенные в основу Информации (водоизмещение и координаты ЦТ судна порожнем, название и серийный номер судна, данные кренования которого использованы для данной Информации);

- другие данные по усмотрению разработчика Информации.

Информация включает в себя характеристику остойчивости судна и четко сформулированные ограничения, вытекающие из требований Правил с учетом особенностей данного судна, а именно:

- перечень критериев остойчивости, которые требуется выполнить для данного судна;

- указания на критерии, лимитирующие остойчивость судна;

- указания на то, что критерии остойчивости не учитывают возможного смещения груза, поэтому для предотвращения смещения груза следует руководствоваться соответствующими документами;

- конкретные ограничения по загрузке судна;

- конкретные указания по порядку расходования жидких грузов и балластировке судна;

- ограничения и указания, которые необходимо соблюдать, чтобы удовлетворялись требования к аварийной посадке и остойчивости;

- указания по ограничению осадок носом и кормой с пояснением, чем вызвано ограничение;

- другие необходимые указания.

В Информации приводятся рекомендации капитану по поддержанию достаточной остойчивости в процессе эксплуатации судна, включающие полезные, по мнению проектанта, сведения (например, выбор курса и скорости судна при плавании на попутном волнении, указания по маневрированию и т.п.).

Информация должна содержать типовые случаи загрузки, охватывающие все указанные в спецификации грузы, требуемые Правилами варианты нагрузки, а также другие случаи, показывающие практические границы эксплуатации судна. Типовые случаи используются также для приближенной оценки приемлемости грузового плана сравнением его с наиболее близким типовым.

Представленные в Информации материалы для самостоятельной оценки капитаном остойчивости судна должны обеспечить возможность достаточно точно с минимальной затратой времени определить, удовлетворяет ли остойчивость требованиям Правил Регистра.

В материалы этого раздела должны входить:

- диаграмма контроля остойчивости в виде графика или таблицы;

- данные, необходимые для определения массы и положения ЦТ для жидких грузов;

- таблицы поправок на влияние свободных поверхностей жидких грузов;

- данные, необходимые для подсчета массы и положения ЦТ перевозимых грузов;

- диаграмма осадок носом и кормой или другие материалы, позволяющие быстро вычислить осадки судна носом и кормой;

- грузовой размер судна;

- пояснения капитану по определению посадки и остойчивости судна для случая загрузки, отличающегося от типового;

- бланки для проведения самостоятельных расчетов.

В Информации должна быть ссылка на документацию, на основании которой она составлена.

Формальное соблюдение указаний Информации не освобождает капитана от ответственности за остойчивость судна.

3.9 Применение теории остойчивости для оценки эксплуатационных ситуаций

3.9.1 Плавание на попутной волне

При плавании на попутной волне наибольшую опасность представляет случай, когда направление движения волны совпадает с направлением движения судна ( курсовой угол волны КУВ = 180°), скорость волны с равна скорости судна V_s, а длина волны l = L. При совпадении указанных параметров можно считать, что корпус судна фиксируется относительно профиля волны. Рассмотрим два взаимных положения корпуса судна и профиля волны, предельных с точки зрения остойчивости.

1) Вершина волны находится в районе миделя судна (рис. 3.24).

Рис. 3.24.

Оценку изменения остойчивости судна, находящегося на вершине волны, проведем по изменению формы его ватерлинии. При отсутствии волны ватерлиния судна изображается прямой линией В₀Л₀, а на волне ватерлиния В_wЛ_w соответствует профилю волны. Рассмотрим изменения формы ватерлинии в носовой части (сечение 1 – 1), средней части (сечение 2 – 2) и корме (сечение 3 – 3) судна.

Из рисунка видно, что благодаря развалу бортов в носовой и кормовой части ватерлиния судна, мидель которого находится на вершине волны, становится уже, момент инерции ватерлинии уменьшается и, соответственно, остойчивость падает.

2) При нахождении миделя судна на подошве волны (рис. 3.25) ватерлиния становится шире и остойчивость увеличивается.

Потеря остойчивости при плавании на попутном волнении послужила причиной многих аварий. Помимо потери остойчивости судно, особенно малое, при плавании на попутной волне может быть захвачено волной, потерять управляемость и совершить неуправляемый разворот лагом к волне - попасть в брочинг.

Признаками потери остойчивости на попутной волне являются:

- неожиданное самопроизвольное увеличение крена, существенно превышающее значение предшествующих углов статического крена или амплитуд качки;

- длительное по сравнению с четвертью периода собственных колебаний наклонение судна на борт, задержка (зависание) в положении максимального крена и медленное возвращение в исходное положение.

Рис. 3.25.

3.9.2 Посадка судна на мель

Рассмотрим посадку судна на мель (камни) в предположении, что контакт судна с мелью точечный, при этом водонепроницаемость корпуса не нарушена. До посадки на мель судно имело водоизмещение D, параметры посадки d_н, d_к, q = 0 и метацентрические высоты h₀ и H₀.

При точечном контакте корпуса судна с мелью реакция мели R принимается в виде сосредоточенной силы, приложенной в точке контакта и действующей вертикально вверх.

На рис. 3.26 ватерлиния судна до посадки на мель обозначена В₀Л₀, ватерлиния судна на мели – В_мЛ_м; d_н, d_к - осадка носом и кормой судна на мели.

х_R = x_F + _* dy ; y_R = _* , (3.47)

где М_1м – момент, дифферентующий на 1м; d_{ср м} = (d_нм - d_км)/2.

Рис. 3.26.

Реакция мели определяется выражением

R = g Sd d, (3.45)

где g – плотность забортной воды;

S – площадь ватерлинии;

d d = (d d_н + d d_к)/2 - dy x_f – изменение осадки в районе ЦТ площади ватерлинии;

d d_н, d d_к - изменения осадок носом и кормой, вызванные посадкой на мель;

dy = - (d d_н - d d_к)/L – изменение угла дифферента.

Изменение начальной поперечной МЦВ определяется выражением

d h = - R(d + d d/2 – h₀)/(D - R), (3.46) где h₀ – МЦВ судна до посадки на мель, h = h₀ + d h – после посадки.

Предполагая, что величины изменения крена и дифферента dq и dy от посадки на мель малые, и пренебрегая изменением продольной МЦВ, найдем координаты точки касания грунта

Самостоятельное снятие судна с мели можно обеспечить за счет перемещения грузов или разгрузки судна, или комбинацией этих способов. В любом случае, задача самостоятельного всплытия судна с мели сводится к обеспечению условия R = 0, что достигается обеспечением равенства осадки в районе шпангоута с абсциссой х_R свободно плавающего судна осадке d_R в районе касания грунта судна на мели. Искомая осадка определяется выражением

d_R = (d_нм + d_км)/2 + (d_нм – d_км)(х_R – х_f)/L. (3.48)

1) Перемещение грузов.

Величина статического момента от продольного перемещения грузов, необходимого для обеспечения самостоятельного всплытия судна определяется выражением

S(p_il_i) = , (3.49)

где p_i, l_i – величина груза и его продольное перемещение; d_ср - средняя осадка до посадки на мель.

2) Разгрузка судна.

Для расчета количества груза, которое необходимо снять, для обеспечения самостоятельного снятия судна с мели необходимо решить задачу, обратную задаче загрузки, т.е. определить координаты ЦТ судна, которым соответствует посадка судна на мели. Для расчета количества снимаемого груза в формулу (3.49) вместо l_i подставляется (х_i – х_f), а d_ср = d_ср - , где х_i - абсциссы снимаемого груза, q - число тонн на 1 см осадки.

3.9.3 Крен судна на циркуляции

При циркуляции судна возникает кренящий момент, вызывающий крен в сторону, обратную направлению поворота. Кренящий момент образован центробежной силой F_ЦБ, приложенной к ЦТ судна, и силой гидродинамического сопротивления дрейфу F_ГД, приложенной к точке корпуса, отстоящей от ОП на расстояние, примерно равное d/2.

Схема наклонения судна на циркуляции показана на рис. 3.27.

Рис. 3.27.

Кренящий момент и статический угол крена на установившейся циркуляции могут быть вычислены по формулам Г.А. Фирсова, используемым в практике Регистра:

М_кр =0,233Dv₀²(z_g – d/2)/L ; q° = 1,4v₀²(z_g – d/2)/hL, (3.50) где v₀ - скорость судна на прямом курсе при выходе его на циркуляцию.

3.9.4 Перевозка сыпучих грузов

У судов, перевозящих зерно или другие сыпучие и навалочные грузы, при сильной бортовой качке может произойти смещение груза на борт. Возникающий при этом кренящий момент может создать опасный для судна крен.

В отличие от жидкого груза смещение сыпучего груза начинается при наклонении судна на угол, превышающий по величине угол естественного откоса a_п этого груза (углом естественного откоса сыпучего груза называется угол между поверхностью сыпучего груза и горизонталью при его свободном пересыпании).

Рассмотрим, как изменяется ДСО судна, если груз, который оно перевозит, является сыпучим (рис. 3.28).

Рис. 3.28.

Если бы перевозимый груз не был сыпучим, то ДСО судна на рис. 3.28 соответствовала бы пунктирная линия.

Пусть судно, перевозящее сыпучий груз, испытывает качку с амплитудой q_r. Если в начальный момент груз не был смещен, то при увеличении крена от 0 до q₁ = a_п груз не будет пересыпаться и участок диаграммы совпадает с исходной диаграммой. При дальнейшем увеличении крена груз будет пересыпаться в сторону наклонения, и плечи диаграммы будут меньше чем у исходной диаграммы. После достижения угла крена, равного амплитуде качки q_r (т. В диаграммы), судно начнет наклонение на другой борт, при этом на правом борту будет максимальное количество сместившегося груза. Пересыпание груза с правого борта на левый начнется после достижения угла крена q = q_r - 2a_п. В т. D угол крена будет равен нулю, однако часть груза еще находится на правом борту. Точка Е соответствует точке А диаграммы при наклонении на левый борт. Участок ВЕ диаграммы зависит от амплитуды качки и при увеличении амплитуды т. В стремится к т. q_rп на оси наклонений.

Перевозка сыпучих грузов регламентируется специальными правилами Регистра. Поскольку в забоях трюмов, заполненных сыпучим грузом, всегда остаются пустоты, то имеется возможность смещения груза. Поэтому к остойчивости судна, перевозящего сыпучий груз склонный к сухому смещению (любой сыпучий груз, имеющий угол естественного откоса менее 35°), предъявляются дополнительные требования.

На оси 0 – l_ст ДСО судна, перевозящего сыпучий груз (рис. 3.29) откладывается плечо l кренящего момента от условного смещения груза, равного

l = , (3.51) где М_об – объемный кренящий момент, равный сумме объемов пустот в трюмах на расстояния смещения центров тяжести этих объемов при смещении груза; m - удельный погрузочный объем груза.

От оси 0 - q от q = 40° вверх откладывается 0,8l. Через полученные точки проводится прямая кренящего момента от условного смещения груза (отрезок этой прямой заменяет на участке 0 от до 40° косинусоиду). Точка пересечения линии кренящего момента с ДСО определяет величину статического крена q_а от условного смещения сыпучего груза. Площадь ДСО, ограниченная линией кренящего момента и вертикалью, проходящей через q = 40° (на рис. 3.27 – заштрихованный участок), называется остаточной площадью ДСО.

Согласно требований Регистра и Международного кодекса по перевозке навалочных грузов, у судов перевозящих навалочный груз с удельным погрузочным объемом m < 1,0 м³/т, склонный к сухому смещению:

- исправленная начальная метацентрическая высота h ³ 0,7м;

- угол статического крена от условного смещения груза q_а £ 12°;

- остаточная площадь ДСО S_ост ³ 0,12 м_*рад.

l_ст

S_ост

l

0,8l

0 q_а 40° q

Рис. 3.29.

При перевозке навалочных грузов с m ³ 1,0 м³/т, включая зерновые грузы:

- исправленная начальная метацентрическая высота h ³ 0,3м;

- угол статического крена от условного смещения груза q_а £ 12°;

- остаточная площадь ДСО S_ост ³ 0,0,075 м_*рад.

3.9.5 Оперативный контроль остойчивости

В практике часто случается так, что произвести расчет остойчивости невозможно из-за отсутствия времени (например, при маневрировании) или из – за недостатка информации (например, при перевозке контейнеров). В этом случае широко используются опытные методы расчета остойчивости.

1) Расчет МЦВ по периоду бортовой качки.

Этот метод наиболее распространен в судоводительской практике. Основывается метод на известной зависимости

h = C/t_с², (3.52)

где С – эмпирический коэффициент, t_с – период собственных бортовых колебаний судна.

Зависимость МЦВ от периода качки в табличной форме приводится в Информации об остойчивости судна. Эта же таблица обычно вывешивается на видном месте на мостике судна.

По рекомендации ИМО выражение (3.52) может быть представлено в виде

h = (аВ/t_с)², (3.53)

где а = 0,373 + 0,023В/d – 0,00043L.

При определении МЦВ по периоду колебаний судна следует помнить, что при отсутствии волнения достаточно измерить период одного колебания, тогда как на волнении – не менее 9...11 колебаний, поскольку на спокойной воде период качки соответствует периоду собственных колебаний, а на нерегулярном волнении – в среднем стремится к периоду собственных колебаний (на регулярном волнении период качки равен периоду встречи судна с волной).

2) Кренование судна.

МЦВ определяется по метацентрической формуле остойчивости по величине угла крена от известного кренящего момента. Если определено, что при перемещении груза Р на расстояние l поперек судна возникает крен q°, то МЦВ определится из выражения

h = 57,3°Рl/(Dq°). (3.54)

Этот метод широко используется на судах, на которых невозможно точно определить аппликату ЦТ груза в трюмах, на пример, на лесовозах или контейнеровозах. Такие суда обычно оснащаются специальной системой кренования, состоящей из пары бортовых цистерн для определения МЦВ по углу крена.

Метод кренования также используется для проверки положения ЦТ порожнего судна после его постройки или модернизации. В этом случае кренование проводится по указанной в Правилах Регистра методике.

4 Непотопляемость

Непотопляемостью называется способность судна в достаточной мере сохранять свои мореходные качества при аварийном затоплении одного или нескольких отсеков.

Вопросы, связанные с конструктивным обеспечением и нормированием непотопляемости судна, регламентируются Правилами Регистра (ч. V «Деление на отсеки»).

4.1 Нормирование аварийной посадки и остойчивости

Аварийная плавучесть и аварийная остойчивость судна считаются обеспеченными, если при затоплении отсеков выполняются следующие условия:

1) начальная метацентрическая высота, рассчитанная по методу постоянного водоизмещения, в конечной стадии затопления для ненакрененного судна до принятия мер по ее увеличению должна быть не менее 0,05 м.

Для непассажирского судна по согласованию с Регистром допускается положительная МЦВ меньше 0,05 м;

2) угол крена при несимметричном затоплении должен быть не более 20° до спрямления и не более 12° после;

3) протяженность части ДСО с положительными плечами без учета срабатывания перетоков, а также после спрямления (с учетом угла заливания) должна быть не менее 20°;

4) максимальное плечо ДСО в пределах указанного участка должно быть не менее 0,1 м;

5) площадь части ДСО с положительными плечами должна быть не менее 0,0175 м_*рад;

6) аварийная ватерлиния должна проходить по крайней мере на 0,3 м ниже опасных отверстий (отверстий, через которые вода может распространиться по судну).

Для грузовых судов допускается вход в воду палубы переборок и даже открытой палубы.

4.2 Расчеты аварийной посадки и аварийной остойчивости

4.2.1 Категории затопленных отсеков

Рассматривают три категории затопленных отсеков.

К первой категории (рис. 4.1, а) принадлежат отсеки, закрытые сверху, полностью заполненные (не имеющие свободной поверхности).

Во вторую категорию (рис. 4.1, б) входят отсеки, заполненные частично (имеющие свободную поверхность) и не сообщающиеся с забортной водой.

Третью категорию (рис. 4.1, в) составляют отсеки открытые сверху и сообщающиеся с забортной водой.

Перечисленные категории отсеков являются основными. Однако наряду с ними на практике встречаются затопленные отсеки, отличающиеся по характеру затопления от перечисленных. Так, при отсутствии вентиляции подпалубного пространства в отсеке третьей категории, образуется воздушная подушка (рис. 4.1, г), и уровень воды в отсеке не совпадает с действующей ватерлинией. Встречаются также отсеки второй категории, у которых при наклонении судна часть воды может выливаться за борт (рис. 4.1, д).

а) б) в)

г) д)

Рис. 4.1.

4.2.2 Коэффициенты проницаемости

Поскольку в затопленном отсеке всегда имеются водоизмещающие предметы (грузы, механизмы, элементы набора и т. п.), то количество воды, находящееся в отсек определяется при помощи коэффициента проницаемости c, равного отношению объема фактически влившейся в отсек воды v к теоретическому объему v_т затопленной части отсека c = v/v_т.

Правилами Регистра регламентируются следующие значения коэффициентов проницаемости:

Коэффициент проницаемости частично заполненного грузом помещения c_тр определяется выражением

c_тр = c₀ - рm(c₀ - c_гр)/V, (4.1)

где c₀ – коэффициент проницаемости пустого помещения (0,98 для сухогрузного трюма или 0,93 – для рефрижераторного);

р, m - масса и удельный погрузочный объем груза в помещении;

c_гр – коэффициент проницаемости груза;

V – объем помещения.

Если отсек состоит из нескольких помещений с разными значениями коэффициента проницаемости, то коэффициент проницаемости такого отсека c_отс определяется выражением

c_отс = S(c_iV_i)/ S(V_i), (4.2) где c_i, V_i - коэффициент проницаемости и объем i – го помещения, составляющего отсек, i – число помещений в отсеке.

4.2.3 Метод приема груза для расчета затопления малого отсека

Малым называется отсек, затопление которого не приводит к существенному изменению площади и формы действующей ватерлинии.

Метод приема груза используется при расчетах затопления отсеков первой и второй категории, т.е. отсеков, количество забортной воды в которых известно и это количество от посадки судна не зависит. Параметры аварийной посадки и аварийной остойчивости определяются из выражений, приведенных в разделе «Прием малого груза».

Если в отсеке затопленный объем обозначить V, координаты затопленного объема - x_v, y_v, и z_v, коэффициент проницаемости отсека - c, а метацентрические высоты до затопления - h₀, Н₀, то в отсеке первой и второй категории объем влившейся в отсек забортной воды v, угол крена q и изменение дифферента dD_f определяются выражениями

v = cV; q = arctg ; dD_f = , (4.3)

где h = h₀ + d h, Н = Н₀ + d Н .

Изменение метацентрических высот

d h = (d + – h₀ – z_v – ); (4.4)

d Н = (d + – H₀ – z_v – )» - (H₀ + ),

где q – число тонн на 1 см осадки; i_x = k_xc l b³, i_у = k_уc l³ b – моменты инерции поверхности воды в отсеке; k_x, k_у – коэффициенты моментов инерции; l, b – длина и ширина отсека.

При определении изменения метацентрической высоты для отсека первой категории в выражении (4.4) принимается i_x = i_у = 0.

4.2.4 Метод постоянного водоизмещения для расчета затопления

малого отсека

Метод постоянного водоизмещения используется для расчета затопления отсеков третьей категории, т.е. тех отсеков, уровень воды в которых совпадает с ватерлинией судна.

Суть метода состоит в том, что весовое водоизмещение судна при затопления отсека не изменяется, а из водоизмещающего объема корпуса исключается затопленный отсек, и соответственно, уменьшается площадь действующей ватерлинии, поэтому данный метод также называется методом исключения.

Хотя из водоизмещающего объема корпуса исключается весь отсек, однако ввиду неизменности водоизмещения, на оставшуюся часть водоизмещающего объема перераспределяется затопленный по исходную (до затопления) ватерлинию объем, равный объему v влившейся в отсек воды

v = cV, (4.5) где V - затопленный по исходную ватерлинию объем отсека; c - коэффициент проницаемости отсека.

Обозначим S₀, x_f0 - площадь исходной ватерлинии и абсцисса ее ЦТ; s = c l b – потерянная площадь ватерлинии; l, b - длина и ширина затопленного отсека на уровне исходной ватерлинии; x_s, y_s - координаты ЦТ потерянной площади ватерлинии; dI_x, dI_yf – потерянные моменты инерции.

Средняя осадка судна при затоплении отсека увеличится на величину

d d = . (4.6)

Координаты ЦТ поврежденной ватерлинии

x_f = x_f0 - (x_s - x_f0) ; у_f =у_s . (4.7)

Потерянные моменты инерции

dI_x = i_x + sy_s² + (S₀ – s)у_f²; (4.8)

dI_yf = i_у + s(х_s - x_f0)² + (S₀ – s)(х_f - x_f0)²,

где i_x = k_xc l b³; i_y = k_уc l³ b; l, b - длина и ширина затопленного отсека.

Изменение метацентрических высот

d h = (d + – h₀ – z_v – ); (4.9)

d Н = (d + – H₀ – z_v – )» .

Метацентрические высоты h = h₀ + d h, Н = Н₀ + d Н.

Угол крена и изменение дифферента

q = ; dD_f = . (4.10)

4.3 Обеспечение непотопляемости судна

Непотопляемость судна обеспечивается конструктивно, при помощи организационно-технических мероприятий и непосредственной борьбой за живучесть аварийного судна.

Конструктивное обеспечение непотопляемости в первую очередь сводится к разбиению судна поперечными переборками на водонепроницаемые отсеки.

При проектировании поперечных переборок определяется предельная длина отсека – условная длина отсека, при затоплении которого при заданном значении коэффициента проницаемости аварийная ватерлиния будет касаться предельной линии погружения. Предельная линия погружения на судах, имеющих обычное угловое соединение палубного стрингера с ширстреком – линия пересечения наружной поверхности настила палубы переборок с наружной поверхностью бортовой обшивки у борта. Палуба переборок – самая верхняя непрерывная палуба, до которой доводятся поперечные водонепроницаемые переборки по всей ширине судна.

Количество отсеков, при затоплении которых непотопляемость судна конструктивно обеспечена, в символе класса судна обозначается цифрой в прямоугольнике (например [1] или [2]).

Согласно требованиям Регистра у рыболовных судов непотопляемость должна быть обеспечена для судов длиной более 100 м при затоплении одного отсека и для судов длиной более 160 м – двух отсеков.

У некоторых судов, например, с горизонтальным способом погрузки, непотопляемость обеспечивается водонепроницаемыми платформами.

Большое значение в конструктивном обеспечении непотопляемости имеет двойное дно.

Организационно техническое обеспечение непотопляемости предполагает, во-первых, наличие на судне аварийного имущества (брусья, струбцины, пластырь и т.п.) и осушительных систем, а во-вторых, – подготовку экипажа к борьбе с водой.

Борьба за живучесть судна при аварийном затоплении судовых помещений должна вестись надлежайшим образом, поскольку неправильные действия экипажа могут привести к гибели любого судна.

4.4 Спрямление аварийного судна

Спрямление аварийного судна зависит от характера затопления поврежденных отсеков. Рассматривают пять типов затопления.

Первый тип. Затопление симметричное относительно ДП, при котором начальная МЦВ существенно положительна и крен отсутствует. В этом случае ограничиваются поддержанием или, если это необходимо, увеличением запаса остойчивости и плавучести путем откачки воды из высокорасположенных отсеков. Уменьшение дифферента достигается за счет перекачки жидких грузов и осушения отсеков в затопленной оконечности.

Второй тип. Затопление асимметричное относительно ДП, при котором начальная МЦВ сохраняется положительной и судно плавает с креном q_ст. Для спрямления судна создают момент, близкий к кренящему, за счет приема балласта в цистерны противоположного погруженному борта и откачкой воды из затопленных отсеков. Допускается также перекачка жидких грузов с борта на борт.

Третий тип. Затопление симметричное относительно ДП, при котором начальная МЦВ отрицательна и судно плавает с креном q_стПр на правый борт или q_стЛ на левый борт. В этом случае недопустимо спрямление судна за счет создания спрямляющего момента, поскольку такой момент может привести к переваливанию судна на противоположный борт и, как следствие, к возникновению динамического момента, и при малом запасе динамической остойчивости судно может опрокинуться. Спрямление судна осуществляется за счет восстановления остойчивости при обязательном сохранении симметрии затопления за счет: откачки за борт фильтрационной воды (воды, поступающей в смежные с затопленными помещения, с поступлением которой справляется осушительная система) из крупных помещений и помещений расположенных выше ватерлинии; удаления за борт высокорасположенных грузов; спуска воды в нижележащие помещения и устранения больших многоярусных свободных поверхностей; балластировки судна и др.

Четвертый тип. Затопление асимметричное относительно ДП, при котором начальная МЦВ отрицательна и судно имеет крен на борт, совпадающий с затопленным. Восстановление остойчивости обеспечивается теми же мероприятиями, что и в третьем случае, после проведения которых остаточный крен ликвидируют созданием спрямляющего момента.

Пятый тип. Затопление асимметричное относительно ДП, при котором начальная МЦВ отрицательна и судно имеет крен на борт, противоположный затопленному и, по этой причине, величина крена не большая. В этом случае наибольшую опасность представляет переваливание судна на другой борт с возможным возникновением существенного динамического момента, способного привести к опрокидыванию судна. Для предотвращения переваливания судна на противоположный борт в первую очередь принимается балласт в танки двойного дна погруженного борта, после этого действуют, как в четвертом случае.

4.5 Фактор балластировки цистерны

Для расчета изменения метацентрической высоты судна от приема балласта в цистерну используют величину, называемую фактор балластировки цистерны.

Фактор балластировки записывается в виде дроби ФБ₁₀₀/ФБ₅₀, в которой в числителе указывается значение фактора балластировки при полном заполнении цистерны, а в знаменателе – при пятидесяти процентном заполнении, т.е. при таком заполнении, когда считается, что поправка на свободную поверхность жидкости в цистерне максимальна.

Для расчета фактора балластировки используются выражения

ФБ₁₀₀ = (z_gср – z)w; (4.11)

ФБ₅₀ = (z_gср – z)w/2 – i_x,

где z_gср – средне значение аппликаты ЦТ судна, определяемое по типовым случаям нагрузки; z – аппликата ЦТ цистерны; w – емкость цистерны; i_x – момент инерции площади свободной поверхности цистерны при ее половинном заполнении.

Величина изменения МЦВ судна при заполнении цистерны определяется выражением

d h = ФБr_ж/D, (4.12) где r_ж – плотность жидкости, используемый для балластировки цистерны.

Цистерны с отрицательным значением ФБ₅₀ необходимо использовать для улучшения остойчивости осторожно, поскольку в процессе заполнения такой цистерны остойчивость судна будет уменьшаться.

4.6 Информация о непотопляемости судна

Информацией о непотопляемости называется Информация об аварийной посадке и аварийной остойчивости судна. Информацией о непотопляемости снабжаются суда, у которых согласно требованиям Регистра непотопляемость должна быть обеспечена.

Информацию о непотопляемости составляют по данным расчетов непотопляемости для учета при эксплуатации требований, связанных с делением на отсеки, и оценки состояния аварийного судна для типовых случаев загрузки при получении типовых пробоин.

Информация содержит необходимые сведения о судне, продольный разрез, планы палуб и двойного дна, характерные поперечные сечения с указанием всех водонепроницаемых переборок и выгородок, об отверстиях в них и характере их закрытия, а также о судовых системах, используемых в борьбе за живучесть судна.

В число обязательных материалов включают результаты расчетов аварийной посадки и аварийной плавучести судна для типовых случаев загрузки при затоплении отсеков и групп отсеков.

Прочие сведения, приводимые в Информации, включают указания по использованию устройств для перетока воды и аварийных средств, а также вытекающие из особенностей данного судна возможные последствия затопления, рекомендуемые и запрещенные действия экипажа при эксплуатации и авариях судна, связанных с затоплением.

Таблица величин, принятых в части IV «Остойчивость»

Правил классификации и постройки морских судов

Российского морского регистра судоходства

Библиографический список

1. Войткунский Я.И. Справочник по теории корабля. Том 2. Статика судов - Л.: Судостроение, 1985. – 440 с.

2. Кацман Ф.М. и др. Теория и устройство судна. - Л.: Судостроение, 1991. – 416 с.

3. Кулагин В.Д. Теория и устройство морских промысловых судов. - Л.: Судостроение, 1986. – 392 с.

4. Задачник по теории, устройству судов и движителям/ Б.И. Друзь и др.– Л.: Судостроение, 1986. – 240 с.

5. Правила классификации и постройки морских судов. Российский Морской Регистр Судоходства.- С.Пб., 2003.- 493 с.

6. Самсонов С.В. Основы теории судна: Уч. пос. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2002.- 98 с.

7. Самсонов С.В. Основы теории и судовые расчеты элементов остойчивости, плавучести и непотопляемости: Уч. Пос. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2001.- 67 с.

8. Сборник кодексов ИМО по безопасной перевозке морем (по перевозке зерна насыпью; леса на палубе; размещению и креплению грузов)- 4-е издание - СПб.: ЗАО ЦНИИ МФ, 2001 г., - 330 с.

9. Т/х «Олюторский залив». Информация об остойчивости судна. - Владивосток.: ПКБ АО «ДВМП», 1997. – 98с.