Глава 6 нормирование остойчивости судов

1. Методика контроля остойчивости судов

Для расчета остойчивости судна необходимы следующие документы:

• весовой журнал;

• кривые плеч остойчивости формы (пантокарены);

• кривые элементов теоретического чертежа (гидростатические кривые);

• кривые емкостей цистерн;

• «Информация об остойчивости», в которой приведены основные данные о судне и документы об его остойчивости.

Контроль остойчивости судна после составления грузового плана проводится обычно в несколько этапов.

1. 1й этап является упрощенной предварительной оценкой остойчивости судна, которая проводится после составления грузового плана. Его целью является расчёт характеристик начальной остойчивости и сравнение их с допускаемыми.

2. 2й этап представляет собой расчёт и построение ДСО для проверки соответствия её характеристик и критериев остойчивости всем существующим требованиям ИМО и РС.

2. Предварительный контроль остойчивости судна

1й этап. После составления грузового плана для принятого случая загрузки судна проводят:

1. расчёт весового водоизмещения D и координат ЦТ – и, метацентрической высоты и момента масс ;

2. расчёт поправки на влияние свободной поверхности жидкостив судовых цистернах равную

3. расчёт исправленной аппликаты ЦТ судна, исправленной метацентрической высоты h и исправленного статического момента массы суднаотносительно ОП;

4. Расчёт по формулам или диаграммам допускаемых аппликат ЦТ – , метацентрических высот или предельных статических моментов массы;

Расчёты и проверки 1го этапа проводятся в табличной форме (табл.6.1., 6.2., 6.3. и 6.4.) с использованием диаграмм (рис.6.1, 6.2 и 6.3).

Таблица 6.1 - Расчет характеристик начальной остойчивости

Проверка остойчивости может быть выполнена по предельным статическим моментам (рисунок 6.1, таблица 6.1) или по допускаемой метацентрической высоте (рисунок 6.2, таблица 6.3), или по критическому возвышению центра тяжести судна (рисунок 6.З, таблица 6.4) в зависимости от того, какие данные приведены в задании.

Рис. 6.1. Диаграмма предельных моментов

(относительно плоскости Z₀=8м над ОП)

При пользовании диаграммой предельных моментов (рис 6.1) рассчитывают таблицу нагрузки (табл. 6.2) соответствующую составленному грузовому плану, которая дает значения и По этим данным наносим точкуА на диаграмму.

Если точка располагается ниже кривой предельных моментов, то грузовой план удовлетворяет всем требованиям Регистра к остойчивости судна. Если точка располагается выше кривой предельных моментов, то грузовой план следует изменить, так как он не удовлетворяет какому-то одному или нескольким требованиям. В этом случае расстояние по вертикали точки А от предельной кривой дает величину, на которую необходимо понизить момент грузов. Таким образом,диаграмма позволяет контролировать остойчивость судна для составленного грузового плана без выполнения всех расчетов остойчивости. В некоторых случаях на диаграмме по вертикали отложен моментотносительно условной плоскости ,расположенной на высоте Z₀ над ОП, которая указана на диаграмме.

В этом случае при пользовании диаграммой предельных моментов расчетный момент следует привести к условной плоскости по формуле :

₀ ,

как показано в табл.6.2.

Таблица 6.2 – Проверка остойчивости по диаграмме предельных моментов

Таблица 6.3 – Проверка остойчивости по допускаемой метацентрической

высоте

Таблица 6.4 — Проверка остойчивости по критическому возвышению ЦТ

Если разностьотрицательная, а величинаито все требования к остойчивости выполнены.

Рис. 6.2. Диаграмма минимальных метацентрических высот

Рис. 6.3. Диаграмма допустимых возвышений ЦТ

3. ПРОВЕРКА ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА ПО ДСО (2Й ЭТАП)

Оценка остойчивости по требованиям ИМО и РС в различных случаях загрузки судна проводится на диаграмме статической остойчивости (ДСО) по ряду характеристик и критериев:

Величины характеристик (1-5) легко проверить непосредственно на ДСО, а для расчета критериев (6-9) необходимо определить величины нескольких площадей под ДСО.

Для выбора наиболее простых и наглядных способов их расчета рассмотрим несколько возможных вариантов.

Для построения ДСО плечи статической остойчивости “ l ” рассчитывают в табличной форме для углов крена от 0 до 90(градусов), используя плечи остойчивости формы “ l_ф” и плечи веса “ l_в” по формуле l= l_ф - l_в (табл..6.4.)

Плечи остойчивости формы “ l_ф” выбираются по объемному водоизмещению “D” или осадке “ Т ” на интерполяционных кривых плеч остойчивости формы или в таблицах.

Плечи формы “ l_ф” могут отсчитываться от различных полюсов (центра величины – точка С₀ или начало координат – точка 0)

Если “ l_ф” рассчитываются от точки С₀ – их называют пантокарены и плечи веса “ l_в” рассчитывают по формуле

l_в= (Z_g^и - Z_c) sin,

а если от точки “0”, то по формуле

l_в= Z_g^и sin,

где Z_g^и – исправленная аппликата ЦТ судна.

В этой же таблице для постороения ДДО в столбцах 6 и 7 по правилу трапеции рассчитывают плечи динамической остойчивости d , которые численно равны площадям под ДСО и позволяют легко определять численное значение критериев А₃₀, А₄₀, А_40-30 и критерия погоды

Таблица 6.4 расчет плеч ДСО и ДДО

Полученные в столбце 5 плечи «l» служат для построений ДСО, на которой выполняют построение криволинейных секторов «а» и «b», данные для которых рассчитывают в такой последовательности:

1.Вычисляется плечо ветрового кренящего момента от постоянно действующего ветра формуле

, м (6.1)

где – давление ветра определяемое по (таб.6.5), Па;

- площадь парусности судна, м²;

- плечо парусности, принимаемое равным измеренному по вертикали расстоянию от центра площади парусности до центра площади проекции подводной части на диаметральную плоскость или, приближенно, до середины осадки судна, м;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

–весовое водоизмещение судна, т.

Таблица 6.5 - Давление ветра

Рис 6.4. Построение ДСО и площадей a,b,и

2. Вычисляется плечо ветрового кренящего момента от динамически приложенного порыва ветра, по формуле

(6.2)

3. Вычисляется амплитуда качки судна с круглой скулой, равная углу крена при бортовой качке от действия волн по формуле

(6.3)

где k — коэффициент, учитывающий влияние скуловых и/или брускового килей и определяемый по Правилам Регистра судоходства в соответсвии:

a)для судов с круглой скулой без брускового киля и бортовых килей к = 1,0;

б) судов, имеющих острые скулы к = 0,7;

в) для судов с круглой скулой, имеющих скуловые кили или брусковый киль, или то, и другое вместе, определяется по (табл. 6.6) в зависимости от отношения

(6.4)

- суммарная габаритная площадь скуловых килей, либо площадь боковой проекции брускового киля, либо сумма этих площадей, м²;

- длина судна по ватерлинии, м;

- ширина судна, м;

- безразмерный множитель, определяемый по (табл. 6.7), в зависимости

от отношения ширины судна к его осадке

- безразмерный множитель, определяемый по (табл.6.8), в зависимости от коэффициента общей полноты ;

- безразмерный параметр, который не должен больше 1;

- исправленная аппликата центра тяжести судна, м;

- осадка судна, м;

S - безразмерный множитель, определяемый по (табл. 6.9) в зависимости от района плавания судна и периода бортовой качки судна ;

Таблица 6.6 – Коэффициент k

Таблица 6.7 — Множитель X₁

Таблица 6.8 — Множитель X₂

Cb	≤ 0,45	0,5	0,55	0,6	0,65	≥ 0,7
X2	0,75	0,82	0,89	0,95	0,97	1,0

Таблица 6.9 — Множитель S

Район плавания судна	Период бортовой качки, Тθ, с
	≤ 5	6	7	8	10	12	14	16	18	≥ 20
Неограниченный	0,100	0,100	0,098	0,093	0,079	0,065	0,053	0,044	0,038	0,035
Ограниченный R1, R2, R2-RSN, R3-RSN	0,100	0,093	0,083	0,073	0,053	0,040	0,035	0,035	0,035	0,035

Период бортовой качки определяется по формуле

(6.5)

где безразмерный коэффициент;

B - ширина судна, м

d – осадка судна, м;

h - исправленная метацентрическая высота, м;

- длина судна по ватерлинии, м.

По полученным значениям плеч ии амплитудыкачки θ_r на ДСО строят площади a, b, A₃₀, A₄₀ и A_40-30, как показано на рис. 6.4, в такой последовательности.

По вертикальной оси плеч остойчивости , откладываем найденные величины плеч и, и обозначаем точками А и С.

Из точек А и С проводим горизонтальные прямые AB и CE.

Из точки пересечения В горизонтальной прямой кренящего плеча с кривой диаграммы статической остойчивости проводим вертикальную прямую, которая на оси покажет угол крена от постоянно действующего ветра .

От вертикали угла крена откладываем по горизонтали (в отрицательную сторону) найденную величину амплитуды качки суднаи проводим вертикальную прямую HG.

Отрезок HG ограничивает по вертикали площадь а.

По горизонтали площадь а ограничена отрезком GD лежащим на горизонтальной прямой кренящего плеча .

Участок DH кривой диаграммы статической остойчивости также ограничивает площадь а.

Соответственно, площадь а представляет собой заштрихованную площадь Sa сектора GDН.

Откладываем по оси углов крена в положительную сторону угол, угол заливания суднаили угол крена= 50° (в зависимости от того, какой из этих углов меньше), и проводим вертикальную прямуюFK.

Отрезок EF лежащий на вертикальной прямой FK ограничивает по вертикали площадь b.

Па горизонтали площадь b ограничена отрезком DЕ, лежащим на горизонтальной прямой плеча , а также участком DF кривой диаграммы статической остойчивости и вертикалью FE.

Соответственно площадь b представляет собой заштрихованную площадь фигурыДFЕ.