6.2. Факторы, воздействующие на судно во время шторма

Во время шторма на судно воздействуют ветер и волнение. Ветер вызывает дрейф и крен судна, увеличивает сопротивление движению. Под воздействием сильного ветра суда теряют управляемость и оказываются выброшенными на прибрежные скалы, рифы, мели. Волнение моря вызывает качку, во время которого судно испытывает удары волн, чрезмерные напряжения в корпусе судна, заливание палуб, попадание воды во внутренние помещения. Вызванные качкой инерционные силы являются причиной смещения грузов, сдвига с фундаментов механизмов и судовых устройств. В отдельных случаях бортовая качка приводит к опрокидыванию судов.

Особенно опасным является воздействие на судно ветра и волнения, когда направление накренения судна совпадает с направлением давления ветра на его надводную поверхность. Поэтому к судам предъявляется требование, чтобы при качке динамический кренящий момент от давления ветра M_ω не превышал опрокидывающего момента M_t при данном водоизмещении судна, т. е. выполнялось условие (критерий погоды) K=M_t/M_ω>l. На транспортных судах это требование обеспечивается путем правильной загрузки и балластировки судна. Момент M_ω рассчитывают по методике, изложенной в Правилах Регистра СССР. Для типовых случаев загрузки значения М_ω, M_t содержатся в Информации капитану по остойчивости судна. Однако удовлетворение требованиям критерия погоды не уменьшает бортовой качки, не исключает других ее вредных последствий, в том числе опрокидывания судна в условиях особо жестокого шторма.

Не менее опасные последствия имеет килевая качка. При плавании в разрез волне ухудшается гидродинамический режим работы двигателей, возрастают нагрузки на валопровод, существенно снижается скорость, наблюдается слеминг и даже переламывание судов. На попутном волнении не редки случаи потери остойчивости и опрокидывания.

Безопасность плавания в штормовых условиях во многом зависит от искусства судоводителей в управлении судном. Для этого они должны знать физические закономерности качки и ее вредные последствия.

6.3. Опрокидывание судов на попутном волнении

Опрокидывание судна на попутном волнении является результатом воздействия на него волн и ветра в условиях, когда у судна резко уменьшается восстанавливающий момент и оно теряет курсовую устойчивость. Такие условия возникают, когда скорость бега волн близка к скорости судна, а длина судна примерно равна длине волны.

Рассмотрим изменение метацентрической высоты при положении судна на гребне волны. С этой целью формулу метацентрической высоты удобно записать в виде

h = Z_c + ρ — Z_g,

г

Рис. 6.3. Схема постановки судна на гребень волны:

1 — действующая ватерлиния на спокойной воде; 2 — действующая ватерлиния на гребне волны

де h — поперечная метацентрическая высота;

Z_c— аппликата центра величины;

ρ — метацентрический радиус;

Z_g— аппликата центр а тяжести судна.

Из данной формулы следует, что изменение метацентрической высоты происходит в соответствии с зависимостью

Δh = ΔZ_c + Δ ρ - ΔZ_g,

При статической постановке судна на гребень волны положение центра тяжести не меняется (Z_g=0). Приращение аппликаты центра величины ΔZ_c всегда положительно, так как вышедшие из воды объемы оконечностей судна компенсируются погружением в воду объемов его цилиндрической части (рис. 6.3). Метацентрический радиус характеризует влияние поперечных размеров судна на метацентрическую высоту и пропорционален моменту инерции площади действующей ватерлинии относительно продольной оси. Как видно из рис. 6.3, на гребне волны за счет развала бортов площадь действующей ватерлинии в оконечностях судна сокращается и, следовательно, уменьшается метацентрический радиус. Таким образом, изменение метацентрической высоты происходиn за счет совместного изменения ΔZ_c и Δρ. На гребне волны метацентрическая высота уменьшается вплоть до отрицательных значений, и тогда судно теряет начальную остойчивость, а его крен достигает значительной величины. Положение усугубляется еще тем, что с выходом из воды винторулевой группы судно становится неуправляемым. Если в этот момент под влиянием ветра и волнения судно быстро развертывается лагом к волне, то может наступить опрокидывание. Опасность опрокидывания тем вероятнее, чем дольше судно находится в неблагополучных условиях и, следовательно, чем ближе скорость судна к скорости бега волн.

Это относится и к тем случаям, когда курс судна не располагается под некоторым углом к волне. Установлено, что курсовой угол волны, при котором возможно уменьшение метацентрической высоты, находится в пределах 45°, а опасными размерами волны считаются такие, при которых она располагает свой профиль на 60—80% длины судна.

Рис. 6.4. Диаграмма опасных скоростей судна и курсовых углов волн на попутном волнении: φ — курсовой угол направления бега волн; L — длина судна, м; v — скорость, уз

Внешними признаками ситуации, при которой возможно опрокидывание, являются быстрое нарастание крена на гребне волны (судно как бы теряет опору), глубокие зарыскивания судна и слабая реакция на перекладку руля. Поэтому судоводители должны внимательно следить за поведением судна и при появлении указанных признаков в качестве первой меры предосторожности экстренно снижать скорость.

На рис. 6.4 представлена диаграмма для выбора скоростей хода и курсовых углов волнения, исключающих постановку судна на волну опасной длины.