4.2.2 Контроль посадки и остойчивости на ходу судна

В процессе плавания судна часто возникает необходимость в дополнительном контроле остойчивости вследствие расхода запасов, топлива, проведении балластных операций. Для этого существуют практические методы расчёта мореходных качеств судна. Основная величина, с помощью которой проверяется остойчивость – метацентрическая высота. Наиболее удобно определить метацентрическую высоту можно по периоду бортовой качки по формуле:

GM = ;

где с - коэффициент, зависящий от типа судна и его загрузки, обычное значение для

грузового судна равняется 0,78;

В – ширина судна, (м);

Т0 – период бортовых колебаний, (сек). Для получения значения Т0 измеряют не менее 10 колебаний судна и рассчитывают среднее значение.

Если на судне имеются большие свободные поверхности жидких грузов или значение GM менее 0,2 метров, тогда результаты расчёта, полученные с помощью указанной формулы, оказываются ненадёжными.

4.2.3 Расчет и построение диаграмм остойчивости дсо и ддо

Диаграмма статической остойчивости называется кривая зависимости восстанавливающего момента от угла крена. Согласно Правилам Регистра ДСО строят для каждого из расчётных случаев нагрузки судна. ДСО позволяет решить следующие задачи:

1. найти величину кренящего момента от смещения груза и опрокидывающего момента;

2. создание необходимого обнажения борта, необходимого для осуществления ремонта корпуса, забортной арматуры;

3. определение наибольшей величины статически приложенного кренящего момента, который может выдержать судно не опрокидываясь, и крена, который она при этом получит;

4. определение угла крена судна от мгновенно приложенного кренящего момента при отсутствии начального крена;

5. определение угла крена судна от мгновенно приложенного кренящего момента при наличии начального крена по направлению действия кренящего момента;

6. определение угла крена судна от мгновенно приложенного кренящего момента при наличии начального крена в противоположном направлении действию кренящего момента;

7. определение угла крена при перемещении груза по палубе;

8. определение статического опрокидывающего момента и угла статического опрокидывания;

9. определение динамического опрокидывающего момента и угла динамического опрокидывания;

10. определение необходимого кренящего момента для спрямления судна;

11. определение веса груза, при перемещении которого судно потеряет остойчивость;

дальнейшие необходимые операции по улучшению остойчивости судна. Диаграмма строится для полного суждения об остойчивости. В «Информации об остойчивости» даются конкретные указания, как это лучше всего сделать, например, используя следующую формулу:

GZ= KN- ZG(суд.кор)∙sin(Fi) (м);

где GZ – плечё статической остойчивости;

ZG(суд.кор) – вертикальная составляющая ЦТ судна, исправленная поправкой на влияние свободной поверхности;

KN - интерполяционные кривые остойчивости, пантокарены;

Fi – угол крена судна.

Для произведения подсчётов в соответствии с приведённой формулой в «Информации об остойчивости» в таблице - 4.10 представлены численные значения KN (м) для различных углов крена в зависимости от водоизмещения судна. Необходимо отметить что «Информация об остойчивости» обозначено замечание, что при подсчёте остойчивости судна для всех случаев загрузки судна судно не имеет начального наклонения, т.е. судно «сидит» на ровном киле (trim = 0 m).

Таблица 4.10 - Пантокарены

V (m3)	KN (m)
	100	200	300	400	500	600	700	800	900
340	1,256	2,568	3,800	4,867	5,679	6,110	6,236	6,110	5,749

GZ(100) = KN(100)- ZG(суд.кор)∙sin(100) = 1,256 - 6,688∙ sin(100) = 0,0946 (м);

GZ(200) = KN(200)- ZG(суд.кор)∙sin(200) = 2,568 - 6,688∙ sin(200) = 0,2806 (м);

GZ(300) = KN(300)- ZG(суд.кор)∙sin(300) = 3,800 - 6,688∙ sin(300) = 0,456 (м);

GZ(400) = KN(400)- ZG(суд.кор)∙sin(400) = 4,867 - 6,688∙ sin(400) = 0,5680 (м);

GZ(500) = KN(500)- ZG(суд.кор)∙sin(500) = 5,679 - 6,688∙ sin(500) = 0,5557 (м);

GZ(600) = KN(600)- ZG(суд.кор)∙sin(600) = 6,110 - 6,688∙ sin(600) = 0,3180 (м);

GZ(700) = KN(700)- ZG(суд.кор)∙sin(700) = 6,236 - 6,688∙ sin(700) = -0,0486 (м);

GZ(800) = KN(800)- ZG(суд.кор)∙sin(800) = 6,110- 6,688∙sin(800) = -0,4763 (м);

GZ(900) = KN(900)- ZG(суд.кор)∙sin(900) = 5,749- 6,688∙ sin(900) = -0,9390 (м).

Построенную диаграмму статической остойчивости можно найти в приложении Б. Одним из наиболее важным критериев достаточной остойчивости судна, который может быть найден с помощью ДСО, является плечо кренящего момента, из-за воздействия бокового ветрового давления при соответствующем угле крена. Данное значение находится по формуле с дальнейшим откладыванием его на оси GZ диаграммы статической остойчивости и нахождением угла крена.

hkw= (м) ;

где hkw – плечо кренящего момента из-за давления ветра при угле крена Fi; pw – боковое ветровое давление = 1,0 (кН/м2); А – боковая площадь парусности судна выше ватерлинии, найденная по диаграмме «Сумм ветрового действия» по значению средней осадки dm и равное 930 (м2); lw – дистанция от ватерлинии до центра парусности судна. Находится из той же таблицы по тем же значениям, и равна 7,4 (м); D – весовое водоизмещение судна, равное 5501,58 (т); dm – средняя осадка, равная 4,95 (м); Fi – данный угол крена.

Для построения дополнительной диаграммы hkw=f(Fi) и нахождения статического угла крена вычислим значение hkw для следующих углов: 00, 50, 100, 150.

Тогда:

hkw(00)= =0,017∙9,875∙1=0,168(м);

hkw(50)= =0,017∙9,875∙0,991=0,166 (м);

hkw(100)= =0,017∙9,87∙0,97=0,162(м);

hkw(150)= =0,017∙9,88∙0,93=0,155(м).

Т.о. в результате пересечения графиков hkw = f(Fi) и GZ = f(Fi) получаем значение статического угла крена равное Fi =13,5 . В соответствии с требованием Регистра судоходства Fi< = 180, именно этому требованию удовлетворяют наши расчёты (график смотри в приложении А). Далее с помощью ДСО подсчитаем значение начальной метацентрической высоты:

GM=KM- ZG ;

где GM - начальная метацентрическая высота;

KM - отстояние метацентра от киля. Находится из числовых таблиц, приведённых в «Информации» и выбирается в соответствии со значением D и dm. КМ = 7,137 (м); ZG - координаты вертикальные центра тяжести, равная

Тогда:

GM= 7,137 - 6,674 = 0,463 (м);

GMk= GM – dGM;

где GMk - начальная метацентрическая высота исправленная поправкой на влияние свободной поверхности, (м);

dGM - коэффициент коррекции для свободной поверхности, (т∙м); Тогда:

GMk = 0,463 - 0,0144 = 0,4486 (м) .

Необходимо отметить, что характеристика бортовой качки судна зависит напрямую от метацентрической высоты. Чем больше это значение, тем качка наблюдается более резкая, интенсивная, что отрицательно влияет на крепление груза и его целостность, а в целом и на безопасность всего судна.

Кривая зависимости работы восстанавливающего момента от угла крена называется диаграмма динамической остойчивости. Диаграмма можно и не строить, если начальная остойчивость судна удовлетворяет предъявляемым требованиям, но для определения некоторых параметров остойчивости судна удобно пользоваться именно этой диаграммой. Построим ДДО по следующему способу.

В таблице 4.11 указываю плечи динамической остойчивости GZd и построить график заполняется нижеследующая таблица:

Таблица 4.11 – Плечи динамической остойчивости

Плечо	Fi
	00	100	200	300	400	500	600	700	800	900
GZ	0	0,0946	0,2806	0,456	0,5680	0,5557	0,3180	-0,0486	-0,4763	-0,9390
	0	0,0946	0,4698	1,2064	2,2304	3,3541	4,2278	4,4972	3,9723	2,557
GZd	0	0,008	0,04	0,105	0,195	0,292	0,368	0,392	0,346	0,223

Построенную диаграмму динамической остойчивости можно найти в приложении Б. С помощью ДСО согласно правилам Регистра Судоходства Украины судно признаётся достаточно остойчивым, если выполняется следующее требование по критерий погоды:

;

где К – критерий погоды;

Мопр – минимальный опрокидывающий момент, т∙м;

Мкр - кренящий момент от действия ветра, т∙м. Кренящий момент от действия ветра находим по формуле:

;

где wусловное расчётное давление ветра, равное 1.0 кН/м2;

А – площадь парусности судна соответствующая данной загрузке судна, равная 930 м2;

lw – расстояние от ватерлинии до центра парусности судна.

Тогда: т∙м. Опрокидывающий момент находится с помощью плеча кренящего момента, из-за воздействия бокового ветрового давления при максимальном статическом угле крена в 13,50, по формуле:

Мопр=hkw(13,5)∙D=(pw∙A/10)∙(lw+dm/2)∙(0,25+0,75∙cos3Fi) (4.2.3.7);

Мопр =(1∙930/10∙5501,58)∙(7,4+4,95/2)∙(0,25+0,75∙ cos3(13,5))= 0,017∙9,875∙0,939= 863,74(м);

Тогда:

- удовлетворительный критерий погоды.