IX. Обеспечение остойчивости и дифферента.

Придание судну при загрузке оптимальной остойчивости является обязательным условием безопасного плавания. Остойчивость характеризуется отношением восстанавливающего и кренящего моментов (так называемый критерий погоды), метацентрической высотой и элементами диаграммы статической остойчивости (углом максимума диаграммы, углом заката диаграммы и ее наибольшим плечом).

Остойчивость судна в значительной степени определяет его поведение на волнении. При малой остойчивости судно становится валким, возникают большие амплитуды качки с малым периодом, судно буквально ложится на борт и длительное время остаётся в таком положении. Создается опасность опрокидывания даже при небольших внешних кренящих силах.

Опасность представляет и чрезмерная остойчивость, период качки небольшой судно стремительно переваливается с одного борта на другой, возникает резкая порывистая качка, являющаяся возможной причиной обрыва креплений, приводящая к смещению грузов, потери палубного груза, случае обрыва креплений и смещению грузов, размещённых в трюмах к углам чрезмерного крена и возможному опрокидыванию судна.

Кроме того, суда с коротким периодом бортовой качки имеют большую вероятность попасть в условия резонанса с волнами, при котором значительно возрастают амплитуды качки. Характеристики бортовой качки зависят от метацентрической высоты судна. Ориентировочные значения оптимальной метацентрической высоты для различных судов следующие (м):

Таблица 9.1

Грузопассажирские:	большого тоннажа	0,3–1,2
	среднего тоннажа	0,6–0,8
сухогрузные:	большого тоннажа	0,3–1,5
	среднего тоннажа	0,3–1,0
	большие танкеры	1,5–2,5

Для оптимизации остойчивости удобно пользоваться относительной метацентрической высотой (отношением метацентрической высоты к ширине судна). Для сухогрузных судов среднего тоннажа на основании натурных наблюдений определены четыре зоны остойчивости:

21

Таблица 9.2

А	зона валкости или недостаточной остойчивости; h/B = 0,0–0,02; при поворотах таких судов на полном ходу возникает крен до 15–18°.
Б	зона оптимальной остойчивости; h/B = 0,02–0,05; на волнении суда испытывают плавную качку, условия обитаемости для экипажа хорошие, поперечные инерционные силы не превышают 10% силы тяжести палубного груза.
В	зона дискомфорта или повышенной остойчивости; h/B = 0,05–0,10; резкая качка, условия для работы и отдыха экипажа плохие, поперечные инерционные силы достигают 15–20% силы тяжести палубного груза.
Г	зона чрезмерной остойчивости или разрушения; h/B более 0,10; поперечные инерционные силы на качке могут достигать 50% силы тяжести палубного груза, поэтому найтовы часто не держат груз, ломаются рымы, разрушается фальшборт и пр.

Среднее значение метацентрической высоты h в зоне оптимальной остойчивости составляет около 3,5% ширины судна. Но нужно твердо помнить, что метацентрическая высота не является достаточной характеристикой остойчивости и судно с благоприятным значением метацентрической высоты может оказаться не остойчивым. Поэтому совершенно обязательно пользоваться диаграммой предельных моментов, помещенной в Информации об остойчивости для капитана. Этим документом снабжены все отечественные суда.

Информация об остойчивости содержит типовые варианты загрузки судна, а также сведения, необходимые для выполнения самостоятельных расчетов.

Для расчета остойчивости необходимо на стандартном листе (близким по форме таблице 9.3) выписать наименования масс Gij и возвышений центров тяжести Zij всех принимаемых грузов, запасов и балласта и рассчитать моменты MZij. Массы и моменты заносят в таблицу с точностью до четвертой значащей цифры. Меньшие статьи нагрузки или отбрасывают, или округляют в большую сторону обычным порядком. Моменты отдельных нагрузок суммируют и получают момент суммарный момент сил от грузов и судовых запасов относительно киля (основной плоскости).

Таблица 9.3

j	i	Gij	Zij	MZij	Xij	Mxij
I	II	III	IV	V	VI	VII
Трюм №1	2	000	0,00	0000,00	00,00	00000,00
Трюм №2	1	000	0,00	0000,00	00,00	00000,00
	2	000	0,00	0000,00	00,00	00000,00
	4	000	0,00	0000,00	00,00	00000,00
Итого по носовым трюмам (ΣΣ 𝐺𝑖𝑗н)		0000		0000,00		00000,00
Судно порожнём Do		0000,0	0,00	0000,00	-0,00	-00000,00
Трюм №3	1	000	0,00	000,00	-00,00	-0000,00
	3	000	0,00	000,00	-00,00	-0000,00
	4	000	0,00	000,00	-00,00	-0000,00
	5	000	0,00	000,00	-00,00	-0000,00
Трюм №J	1	000	0,00	000,00	-00,00	-0000,00
	3	000	0,00	000,00	-00,00	-0000,00
	4	000	0,00	000,00	-00,00	-0000,00
	5	000	0,00	000,00	-00,00	-0000,00
Итого по кормовому трюму (ΣΣ		0,000		0000,00		-00000,00
Итого по судовым запасам (Σ𝑃сз)		00	0,00	00,00	-00,0	-0000,00
Всего по судну (ΣΣ)		0000,0		00000,00		-0000,00

В диаграмме предельных моментов (приложение 4) «Информации об остойчивости судна для капитана» судна выбранного по варианту типа нанесены кривые различных значений начальной метацентрической высоты h. по величинам водоизмещения D и момента сил ∑ 𝑀_𝑧𝑖𝑗 устанавливаем величину метацентрической высоты h = 𝑓(∑ 𝑀_𝑧,𝐷_г) = 0,00 м . Полученное значение h превышает допускаемое «Информации об остойчивости судна для капитана» судна выбранного типа для рассматриваемого варианта загрузки судна. h’доп = 0,00 м и обеспечивает безопасное плавание.

Особые требования к грузовому плану возникают при перевозке тяжелых грузов на неспециализированных судах. Грузы (МУПО) с малым удельным погрузочным объёмом значительно снижают положение центра тяжести судна и создают повышенную остойчивость. Если в задании на разработку грузового плана в курсовой работе, преподаватель выдаст задание на погрузку судна с использованием только полной грузоподъёмности судна при погрузке таких грузов как, руда урановая – 0.48, мрамор – 0.40, медь – 0.28 и.т.д. При таких перевозках, кроме удовлетворения обычных требований Норм остойчивости, должны быть выдержаны ограничения по верхнему пределу остойчивости. Согласно Правил классификации и постройки морских судов, остойчивость по критерию ускорения K* считается приемлемой, если в проектируемом состоянии нагрузки расчётное ускорение (в долях g) не превышает предельно допустимого значения, т.е. выполняется условие.

Для морских судов

Для судов смешанного плавания

Где: aрасч – расчётное относительное значение ускорения (в долях от ускорения свободного падения g).

Расчётное значение относительного значения ускорения вычисляют по формуле:

Где: с1 – коэффициент из таблицы 9.4; B – ширина судна, м; h0 – метацентрическая высота, м; Qm – расчётная амплитуда качки, град.

Таблица 9.4

	0,20	0,40	0,60	0,80	1,00	1,20	1,40	1,60	1,80	2,00	2,20 и более
с1	0,052	0,144	0,230	0,316	0,407	0,496	0,583	0,673	0,760	0,833	0,870

Допускается перевозка при K* ˂ 1, но во всяком случае не меньше 0,8, а также, независимо от вида груза, в случае соблюдения одного из условий:

.

Где: B – ширина судна, м; Tг – осадка с грузом, м; h0 – метацентрическая высота, м.

Если выше приведённое условие не выполняется, необходимо уменьшить метацентрическую высоту путём перемещения «тяжелых» грузов верх, а «легких» на место перемещённых «тяжелых» грузов вниз. Такое перемещение не изменяет дифферента и влияет только на остойчивость.

При перемещении по вертикали используем следующие формулы. Количество груза и плечо переноса для изменения метацентрической высоты определяется из уравнения:

𝛿ℎ ∙ 𝑀_𝑔^см = 𝑚 ∙ 𝑧

Где: δh – число сантиметров, на которое нужно изменить метацентрическую высоту, см;

–момент, изменяющий zg на 1 сантиметр, тм/см; z – плечо переноса, т.е. расстояние по вертикали между первоначальным и последующим положением центра тяжести переносимы грузов, м.

m – масса переносимого груза, т; m = m_т - m_л

Где: mт и mл – массы тяжелого и соответственно лёгкого груза, участвующих в процессе перемещения, т.

Величину 𝑀_𝑔^см находим по формуле:

Где: D – водоизмещение судна с полным грузом, т; zg – отстояние центра тяжести от основной плоскости, м;

Где: ∑ 𝑀_𝑧𝑖𝑗 – моменты от принимаемых грузов, запасов, корпуса судна относительно ОП, т ∙ м.

В окончательном виде формула для расчёта разницы в массе перемещаемых грузов для получения заданной метацентрической высоты будет выглядеть следующим образом:

Зная момент относительно миделя Mх и водоизмещение D, обращаемся к диаграмме осадок (приложение 5) и снимаем с неё осадки носом и кормой, интерполируя между соседними кривыми Tн и Tк.

По оси абсцисс диаграммы нанесены значения водоизмещения или дедвейта, а по оси ординат – статистические моменты водоизмещения относительно мидель-шпангоута Mх. Положительные значения Mх соответствуют дифференту на нос, отрицательные – на корму. На диаграмме нанесены две серии кривых. Одна из них соответствует осадкам по носовым маркам углубления, другая – по кормовым.

На диаграмме осадок можно решать и другие задачи. Например, войдя в неё с известными Tн и Tк., получить соответствующие D и Mх, и, прибавив (отняв) массу и момент принимаемого (снимаемого) груза, получить новые значения Tн и Tк.

По диаграмме осадок «Информации об остойчивости судна для капитана» судна выбранного типа в зависимости от значения D и момента сил определяем ∑ 𝑀_𝑧𝑖𝑗 осадки носом Tн = 0,00 (м) и кормой Tк = 0,00 (м), откуда видно, что расчётный дифферент 𝑑_н−к = ± 00 см, не соответствует заданному 𝑑_н−к = – 0 см.