Глава 11. Управление судном в шторм

1. Подготовка к плаванию в штормовую погоду

Плавание в штормовых условиях, несмотря на строгие требова­ния к проектированию и постройке современных морских судов, обла­дающих большой прочностью корпуса и высокими мореходными каче­ствами, остается тяжелой и ответственной задачей.

Управление судном в шторм требует от экипажа и а первую оче­редь от судоводителей знания и учета всех видов воздействия штор­мовых условий на судно.

Воздействие штормового ветра и волнения может принести судну крупные повреждения, если оно надлежащим образом не подготовлено к встрече со штормом и если маневрирование в шторм сопровождает­ся ошибочными действиями судоводителей и в первую очередь ка­питана.

Хорошая морская практика требует, чтобы независимо от района плавания и прогноза погоды судно перед выходом в рейс было готово к любым изменениям погоды. Поэтому подготовка к пла ванию в штор­мовую погоду должна начинаться еще в порту с момента получения рейсового задания.

При составлении грузового плана предусматривается обеспечение общей и местной прочности корпуса судна и его мореходных качеств как на момент выхода из порта, так и при расходовании запасов в те­чение всего рейса. В случае рейса с несколькими пунктами захода, в которых должны проводиться грузовые операции, размещение груза должно обеспечивать возможность крепления грузов с целью сохран­ности на переходе в следующий пункт назначения или при необходи­мости (в незащищенных портах) прекращения грузовых операций и выхода в открытое море па время шторма.

Перед выходом из порта судоводители должны ознакомиться с долгосрочным прогнозом погоды, а при отсутствии фототелеграфной аппаратуры — с серией синоптических карт за предыдущие дни.

Перед выходом судна в рейс:

проводят внешний и внутренний осмотр корпуса и переборок;

в грузовых помещениях проверяют льяла и приемные сетки (пе­ред погрузкой), опробовают в действии 'водоотливные средства, про­веряют исправность водомерных трубок;

танки и цистерны или полностью опорожняют, или полностью за­полняют, чтобы в них не имелось свободных поверхностей жидкости;

задраивают и проверяют горловины всех танков и отсеков и двери водонепроницаемых переборок;

при загрузке грузовых помещений производят тщательную штив­ку, укладку и крепление груза;

осматривают состояние люковых закрытий;

при наличии палубного груза производят надежное крепление его найтовами;

принимают другие меры предосторожности в соответствии с кон­структивными или иными особенностями специализированных судов.

Во время плавания на судне регулярно принимают прогнозы пого­ды, передаваемые береговыми станциями.

При неблагоприятном прогнозе погоды или при появлении при­знаков ее ухудшения судно должно быть подготовлено со всей тща­тельностью к встрече шторма. Для этого:

проверяют задрайку грузовых люков;

проверяют крепление палубного груза, грузовых стрел, спасатель­ных шлюпок и плотов, крепят дополнительно аварийное, шкиперское и другое имущество, в том числе и находящееся в кладовых, на камбузе и в жилых помещениях;

обтягивают весь стальной такелаж и слегка ослабляют расти­тельный;

якоря в клюзах, если необходимо, берут на дополнительные сто­поры, а клюзы цепных ящиков закрывают крышками;

задраивают палубные люки, двери, иллюминаторы и другие отвер­стия, через которые возможно попадание воды внутрь помещений;

проверяют исправность штормовых портиков, шпигатов и других отверстий для стока воды;

трюмные вентиляторы разворачивают по ветру и раструбы закры­вают брезентовыми чехлами;

обеспечивают свободный проход по палубе к мерительным и воз­душным трубкам, портикам и шпигатам, что особенно важно при на­личии палубного груза;

на верхней палубе протягивают штормовые лееры из раститель­ного троса для облегчения хождения людей во время шторма;

проводят другие меры предосторожности исходя из особенностей конкретного судна,

Все подготовительные работы следует проводить заблаговремен­но, так как при сильном ветре, волнении и качке выполнение их ста­новится трудоемким, а иногда и опасным.

Судоводитель всегда должен помнить, что пренебрежение какой- либо мерой предосторожности может привести к тяжелым послед­ствиям.

2. Влияние штормовых условий на мореходные качества судна

Потеря скорости судна. Скорость судна на волнении всегда мень­ше, чем в тихую погоду, вследствие:

увеличения сопротивления движению £удна как из-за непосредст- веного воздействия на корпус ветра и волн, так и их вторичного влия­ния через различные виды качки и рыскание судна на курсе; снижения эффективности действия гребного винта; ограничения используемой мощности двигателя вследствие разго­на гребного винта;

намеренного снижения скорости при возникновении ударов кор­пуса о волны (слеминг, удары волн в развал носа), заливания палубы и надстроек, чрезмерных ускорений при качке и др.

Основная часть естественной потери скорости судна обусловлена средним дополнительным сопротивлением, которое вызвано ветром и волнами.

Рекомендации по выбору безопасной скорости, курса или посадки судна исходя из непосредственной оценки ходовых качеств, чрезмер­ных перемещений или ускорений при качке, частоты слеминга или за­ливания палубы предлагались отечественными и зарубежными учены­ми. Первые общие диаграммы, основанные па совместном учете опас­ных последствий шторма, предложены В. Б. Липисом и Д. В. Кондри- ковым в 1972 г.

Штормовые диаграммы В. Б. Липиса и Д. В. Кондрикова предна­значены для оперативного определения безопасного режима движе> ния судна в условиях ветра и волн. Режим движения судна характери­зуется его скоростью, курсовым углом волны, частотой вращения дви­гателя или шагом винта (для судов с ВРШ), осадками носом и кор­мой. Диаграммы составлены с учетом: силы и направления ветра; интенсивности и направления нерегулярного морского ветрового^ волнения;

килевой, вертикальной и бортовой качки судна, сдвига фаз между? ними и профилем набегающих волн;

дополнительного сопротивления движению судна вследствие мор с кого волнения и ветра;

ограничения мощности главного двигателя по защитным пара­метрам;

слеминга, опасность которого оценивается по условиям прочности, днищевых перекрытий корпуса;

снижения эффективности работы гребного винта; разгона гребного винта' и движителя при подсосе винтом воздуха и оголении лопастей в процессе качки; заливания палубы судиа; ускорений в процессе качки.

Цель такой информации — облегчить капитану принятие обосно­ванных решений по обеспечению безопасности судна при плавании ш штормовую погоду. Предлагаемая информация служит вспомогатель­ным средством, не связывающим инициативу капитана и не освобож­дающим его от ответственности за принимаемые решения.

На штормовых диаграммах нанесены кривые допускаемых значе-* ний средней скорости судна, частоты вращения винта или шага ВРШ и используемой мощности главного двигателя при различных осадка носом и кормой для различных курсовых углов волн в зависимости о их высоты. Диаграммы строятся применительно к конкретному судну; или судам одной серии. Удобно пользоваться информацией в виде двух, серий однотипных диаграмм, предназначенных для плавания при боль ших и малых осадках. Для примера на рис. 11.1 приведена штормовав диаграмма для судов типа «Выборг» при малых осадках для курсовог* угла волны <7=0°.

Форма диаграмм может быть различной в зависимости от того, какими средствами располагает судоводитель для управления скоро­стью судна. Используются диаграммы двух основных видов: для судов t одновальной пропульсивной установкой и обычным гребным вин- юм фиксированного шага, когда управление скоростью осуществляв егся с помощью изменения частоты вращения винта, и для судов с од- повальной пропульсивной установкой и ВРШ, т. е. управлением ско­ростью с помощью изменения шага винта. В специальных случаях могут быть учтены и другие особенности судов (многовальные про- пульснвные установки, управление скоростью судна путем одновремен­ного изменения частоты вращения и шага ВРШ и др.).

Линии, отмеченные на диаграмме (см. рис. 11.1) цифрами и бук­вами в кружках, означают:

/ — линии постоянных значений средней скорости судна на вол­нении;

.4 — максимально допустимые скорости судна и частота враще­ния винта по условиям длительной работы двигателя без перегрузки;

л

об/мин

120

110

100

00

ЬО

Рис. 11.1. Штормовые диаграммы В. Б. Липиса и Д. В. Кондрикова для судов типа «Выборг» при малых осадках

Ь 7 д ?

10 11

Г₀.С

В ~~ максимально допустимая скорость и соответствующая час­тота вращения по условиям слеминга для различных значений осадки судна носом (кривые нанесены на диаграмме для теплохода «Выборг» при малых осадках);

С - максимально допустимые скорости и частота вращения по ус­ловиям разгона винта для постоянных значений осадки судна кормой (на рисунке линии С штриховые);

D — максимально допустимая скорость и соответствующая час­тота вращения по условиям заливания палубы для различных значений осадки судна носом;

Е—максимально допустимая скорость и соответствующая частота вращения по условиям отсутствия чрезмерных ускорений.

Каждой точке диаграммы соответствуют определенное сочетание высоты видимых волн, числа оборотов винта, скорости судна, осадок носом и кормой.

Например. Точке М на рис. 11.1 отвечают значительная высота волны h =4,5 м (верхний предел волнения силой 6 баллов, Лз%*“6 м), частота вращения п = »114 об/мин (по вертикальной шкале), скорость судна V*=12,4 уз (по линиям 1), осадка носом d_H — 3,8 м) (по линиям Б), осадка кормой 7,0 м (по линиям С) Осадка носом указана от 2,0 м и посадке кормой—от 5,0 м. Веем точкам диаграмм, расположенным левее ограничительных линий, соответствуют допускаемые осадки но­сом du^ 2,0 м и кормой rf_H^e5,0 м Меньшие осадки при волнении более 5 баллов не допускаются

Для приближенной оценки падения скорости на волнении может быть применена формула Г. Аертсена

&v т

100—— -——+«, (11.1) ^vo ^LP

где Av — падение скорости, м/с;

Vo — скорость на тихой воде, соответствующая проектной мощности, м/с; т и л —эмпирические коэффициенты (табл. 11.1);

L_p — длина судна между перпендикулярами, м

Формула (11.1) получена на основании анализа натурных наблю­дений, проведенных на грузовых судах.

Пример. Длина судна £/>=*165 м, Ко** 16 уз (8,1 м/с). Определить потерю скоро­сти на волнении при волне7,4 м (8 баллов по шкале Бофорта), волнение встреч­ное.

Решение.

/ ^т \I 3600 , \ ,

(~Г^+п) * (~1бГ⁺¹⁸) •'

100 ~ 100 —3,2 м/с (6,2 уз).

Таблица 11.1. Значения коэффициентов т и п на волнении

Число баллов по Бофорту	Высота волны *1/3* м	Волнение
		встречное		в скулу		в борт		попутное
		т	п	т	п	ж !	1 *	т	п
5	3,0	800	2	700	2	350	1	100	0
6	4,2	1300	6	1000	5	500	1	200	1
7	5,8	2100	11	1400	8	700	5	400	2
8	7,4	3600	18	2300	12	1000	7	700	3

Углы рыска ния и пере­кладки руля, град	Потеря ско­рости от угла рыска­ния Ч. 1	Потеря ско­рости от угла пере­кладки * РУЛЯ, % 1	Углы рыска­ния и пере­кладки руля, град	Потеря ско­рости от угла рыска­ния, %	Потеря ско­рости от угла пере­кладки руля, %
1	0,4—0,5	0,04—0,06	5	5.0-6,7	00 с‘ 1 ю о
2	0.8—1,0	0,1-0.2	6	7,2—8,8	0,8—1,1
3	1,8—2.4	0,2—0,3	7	8,7—13,1	1,0-1,5
4	3.4—4,3	0.3—0,5	8	13.3-17.3	1,4-2,0

Рыскание судна.

В отличие от бортовой, килевой и вертикальной качек рыскание судна относят к дополнительным видам качки.

При оценке влияния рыскания на эксплуатационную скорость суд­на можно выделить следующие основные факторы, действие которых может сказаться на его ходовых качествах:

увеличение сопротивления корпуса вследствие движения судна с переменным по времени углом дрейфа;

увеличение сопротивления из-за перекладок руля; увеличение длины пути, проходимого судном; изменение режима работы гребного винта; повышенный расход топлива и др.

Ориентировочные данные о потерях скорости судна в зависимости от среднего угла рыскания и перекладки руля приведены в табл. 11.2.

Потеря скорости на удлинении пути вследствие рыскания незна­чительна. Например, для углов рыскания ±5° она составляет около 0.12—0,20 %.

При отклонении курса судна до 30—40° от встречного ветра и волнения дополнительное сопротивление может возрастать, что вызы­вает не только непосредственным влиянием ветра, волнения моря и качки, но и повышенным рысканием на курсе.

Наибольшей скорости судно достигает при равенстве предельной тяги винта полному сопротивлению движения. Предельную полезную тягу винт развивает, когда двигатель работает по заградительной ха­рактеристике, ограничивающей мощность и частоту вращения двига­теля при перегрузках в эксплуатации. У дизеля это ограничение бо­лее жесткое, чем у паровой турбины. Кроме того, пропульсивный ко­эффициент судна падает с ростом сопротивления из-за снижения эф­фективности гребного винта, которое зависит от его гидродинамиче­ских качеств. ВРШ в этом случае имеют преимущество перед ВФШ.

Слеминг. Слеминг (днищевой) возникает в процессе продольной качки при оголении носовой оконечности и последующем соударенйи с волной. Большие динамические нагрузки могут привести к серьез­ным повреждениям конструкций корпуса и оборудования. Особенно­сти слеминга как физического явления определяются в основном сов­местным выполнением двух условий: оголением днища и входом его в воду с вертикальной скоростью относительно воды, большей (3-~ -г4) VT7 wr/c. Вероятность опасных ударов тем больше, чем больше высота волн и скорость судна. Наблюдаются они на встречном вол­нении в широком Диапазоне курсовых углов. Поэтому отклонение по курсу от чисто встречного движения не всегда является эффективным средством избегать опасности слеминга. Избежать опасные удары волн легче снижением скорости или увеличением осадки судна носом.

Заливание палубы и удары волн в развал носа судна. Эти явле­ния вызывают повреждения бака, палубного оборудования, трубопро­водов, конструкций люковых закрытий, палубного груза, комингсов грюмов и т. д.

Удары волн в развал носа (бортовой слеминг или вигшнг) сами по себе вызывают вибрацию, вмятины в верхней части наружной обшив­ки носа и в палубе полубака. Многочисленны случаи повреждения груза. Вероятность подмочки груза на практике оказывается примерно вдвое больше вероятности механических повреждений.

Для избежания заливания палубы наиболее рационально снизить скорость судна или уменьшить осадку носом.

Разгон гребного винта и двигателя. Переменные гидродинамические силы и моменты, действующие на винт при качке, могут привести к поломке лопастей, конструкций гребного валопровода, вызвать виб­рацию вала и кормы. Напряжения при оголении винта в гребном валу могут возрасти в 2—3 раза. Разгон винтов более вероятен для судов, на которых вииты имеют малое погружение, большие удельные упо­ры, большие отношения шага к диаметру и частоты вращения. Разгон винта наименее опасен для турборедукторной пропульсивной установ­ки и наиболее неблагоприятен для дизеля. Для избежания опасно­сти разгона винта может служить увеличение осадки судна кормой или маневрирование скоростью на волнении путем снижения шага BPLL1. Судоводители должны уметь рационально пользоваться этими средствами для обеспечения мореходности своих судов.

3. Влияние ветра и волнения на циркуляцию и инерционно-тормозные характеристики судна

Циркуляция. В условиях ветра и волнения циркуляция судна гю своей форме значительно отличается от циркуляции на тихой воде. Ха­рактеристиками циркуляции, применяемыми для исследования ее в условиях ветра и волнения, являются угол \f и дистанция циркуля­ции 5 (рис. II.2). Цифрой / обозначена точка начала перекладки руля, цифрой 2 — точка после поворота судна на 360° в условиях безветрия, цифрой 3 -- подобная точка при циркуляции в условиях ветра и волнения.

Угол tf измеряется от линии ветра в сторону, противоположную стороне перекладки руля, до линии, соединяющей точки 2 и 3. Дис­танции циркуляции 5 — расстояние между этими точками. Угол зави­сит в общем случае от целого ряда параметров судна, характеризую­щих его гидродинамические и аэродинамические особенности. Значе­ния угла if и дистанции S могут быть рассчитаны с помощью ЭВМ, поскольку требуется решение системы дифференциальных уравнений. Наличие в уравнениях большого числа коэффициентов, значения ко- юрых определяются приблизительно, ограничивает возможности рас­четных методов циркуляции в условиях ветра п волнения.

На рис 11.3 приведены результаты расчета циркуляции в услови­ях ветра и волнения для теплохода «Борис Бувин» в балласте. Стрел­ками показано направление ветра. Сравнение расчетных траекторий с широкомасштабными натурными данными показало, что точность paj* работанного на кафедре управления судном ЛВИМУ им. адм. С О. Ма­карова экспериментально-расчетного метода определения циркуляции в условиях ветра и волнения лежит в пределах 17—19 % при опре-

делении тактического диаметра циркуляции и 10 % в определении выдвига

В обязательной информации в таблице маневренных элементов управляемость судна представлена лишь поворотливостью. С практи­ческой точки зрения, в реальных условиях плавания не менее важное значение имеет оценка судоводителями возможности осуществления прямолинейного движения судна в условиях ветра. Судоводитель дол* жен располагать информацией, позволяющей ему судить о возможно­сти осуществления управляемого движения в определенном направ­лении относительно курсового угла ветра как на глубокой воде, так и на мелководье, об углах дрейфа, с которыми это движение осуще-^ ствляется.

Инерционно-тормозные характеристики. Влияние ветра на инер- ционно-тормозные характеристики во многом зависит от конструктив­ных особенностей судна, однако для встречного ветра (<?=0°) и по­путного (<7=180°) можно проследить некоторые особенности этого влияния. В первую очередь представляет интерес ветер силой 8 м/с (4 балла) — предельно допустимый при сдаточных испытаниях. Ре­зультаты моделирования свободного и активного торможения сред­нестатистических судов морского флота, смоделированные по средним параметрам 25 типов судов, показывают, что у судов водоизмещением более 10 тыс. т инерционно-тормозные характеристики при ветре до 4 баллов включительно могут отличаться друг от друга до 26 % п выбегу и до 8 % по тормозному пути. Отличия от штилевых значений- составят 18 % по выбегу и 4 % по тормозному пути. Под выбегом суд* на при свободном торможении здесь понимается путь, пройденный от начала свободного торможения до достижения 20 % начальной ско­рости.

Учитывая значительную величину погрешностей, результаты на турных испытаний, проведенные при ветре, должны быть исправлень и приведены к условиям безветрия. Если влияние ветра на активно' торможение может быть скомпенсировано повторением эксперимента! на обратном курсе и осреднением, то для свободного торможения ма­неврирование на прямом и обратном курсе и осреднение не обеспечи-о вают компенсации сноса даже при курсовых углах ветра 0 и 180°. Од нако можно ограничиться одним экспериментом, проведенным пр встречном или попутном ветре, если каждое экспериментальное значе­ние S*(V) для приведения к безветрию умножить на поправочный коэф­фициент ц (рис. N.4), зависящий от скорости ветра и отношения фак­тической скорости в каждый момент замера к начальной скорости.

Влияние ветра на инерционно-тормозные характеристики усилива­ется на промежуточных курсовых углах ветра. На рис. 11.5 показана влияние курсового угла ветра скоростью 8 м/с на параметры свобод­ного торможения теплохода «Борис Бувин». Пунктиром показано зна­чение выбега судна при безветрии. Вследствие первоначального дви­жения с углом дрейфа при свободном торможении судно начинает те­рять управляемость и приводится к ветру. Максимальный угол от­клонения от курса 85,5° и максимальное боковое отклонение 0,77 кб происходят при курсовых углах ветра 100—130°, однако наиболее быст­ро судно тормозится при начальных курсовых углах ветра 40—60Р. Аналогичная информация может быть получена для любого типа су­дов морского флота после моделирования его движения.

Влияние ветра и волнения. На рис. 11.6 приведено сопоставление расчетной и экспериментальной траекторий теплохода «Борис Бувин»

Рис. 11.5. Параметры свободного тормо­жения теплохода «Борис Бувин»:

X — смещение в направлении линии первона­чального курса; Y — смещение в направлении перпендикулярной липни первоначального кур­са; ДК° — угол изменения курса вправо к кон. ну свободного торможения (V”0,2V*)

Рис. 11.4. Поправочный коэффициент для перевода экспериментальных значений S»(V) на безветрие для за­полнения таблицы маневренных эле­ментов

Рис. 11.6. Сопоставление расчетной и экспериментальной траектории дви­жении теплохода «Борис Бувин» при маневре ППХ—СТОП; h, i_p — экспе­риментальное и расчетное время соот­ветствующей позиции; ветер 10,3 м/с; волнение 2 м

Рис. 11.7. Выбег и боковое уклонение теплохода «Борис Бувин» в зависимости от скорости ветра W, м/с и начального курсового угла q₀ для маневра ППХ—

при маневре «ППХ—СТОП» при ветре скор стью 10,3 м/с и волнении h—2 м. Приведе ные на рис. 11.6 данные дают основание г ворить о хорошей сходимости результатов пригодности алгоритма для анализа измен ния инерционно-тормозных характерист конкретных типов судов в условиях ветрово нового воздействия.

Дополнительное уменьшение выбега тормозного пути судна вследствие вол пени значительно. Однако до Лз% «l-f-1,5 м суще?; ственного влияния волнения не отмечается.

Ветроволновое воздействие на инерцион но-тормозные характеристики носит индив Р„С 118 Экстренное юрмо- дуальный характер для каждого типа суди жение теплохода «Борис При этом может учитываться либо среднеста Бувин» в зависимости от тистическое волнение, сответствующее каждо неврГппх” ПЗХ* ^{ЛЛЯ МЭ} скорости ветра, либо с конкретными значения-

ви высот волн 3%-ной обеспеченности и коэф­фициентами развитости волнения.

Информация о ветроволновом влиянии может носить обобщенный» характер (рис. 11.7) или быть представлена в виде конкретных тра­екторий (рис. 11.8).

Ориентировочные оценки точности применяемости метода: по ак тивиому торможению 65_т^14%; б/_т^20 %; по свободному торможе­нию aS_t^9 %; 6S(V)^17 % (в конце свободного торможения). Па? сбавлению хода 65(0^8% разгону 6S(V)^14%. Обобщая, можно сказать, что расстояние, пройденное судном до достижения определен­ной скорости V, получено с погрешностью, не превышающей 18 % при свободном торможении и подтормаживании и 15 % при активном тор­можении и разгоне.

4. Обоснование выбора курса и скорости при плавании на волнении

Судно, отклоненное от положения устойчивого равновесия на ти-< хой воде и затем предоставленное самому себе, будет совершать ко­лебания относительно положения равновесия, называемые собствен­ными или свободными. Они возникают при вертикальной, бортовой и килевой качке.

Колебания, вызываемые волнением, называются вынужденными. Эти колебания возникают при всех видах качки (в том числе при про­дольной горизонтальной, поперечно-горизонтальной, а также при рыс­кании судна).

На регулярном волнении свободные колебания очень быстро зату­хают и остаются только вынужденные.

При равенстве значений периода собственных колебаний и перио­да возмущающей апы наблюдается резкое увеличение амплитуд, на­зываемое резонансом соответсгвущего вида качки. Резонанс может иметь место только при вертикальной, бортовой и килевой качке. На рис. 11.9 в качестве примера приведен характерный график зависи­мости амплитуды 0_О бортовой качки на регулярном волнении от от­ношения периода собственных колебаний судна 7® к периоду возму­щающей силы т.

Рис 11.9. Типичная амплитудно-ча- стотная характеристика бортовой качки судна

Осадка 4, м

Рис. 11.10. График периодов про­дольных колебаний судна

При нерезонансных режимах бортовой качки на регулярном вол­нении ее амплитуды будут определяться формулой

«в

«■» -

(112)

Ть

где по наибольший уклон взволнованной поверхности.

Как следует из формулы (И.2):

(11.3)

0_о<1,95а_о при {Т_е/х)С0,7; при (7*0у_т)]>1

Угол ао обычно не превышает 8—10°, причем его величина умень­шается с ростом длины волны. Поэтому, если курс и скорость на вол­нении будут подобраны таким образом, что на регулярном волнении отношение Т_%(х будет меньше 0,7, то амплитуда бортовой качки в

этом случае не будет превышать 20°, а при 7*_в/, >1,3—15°. Нало­жение в последнем случае более жестких ограничений на предельные значения амплитуд связано с тем, что при T_$fx >*1,3 следует ожидать неблагоприятных значений угла сдвига фаз колебаний судна по от­ношению к волнам.

Кажущийся период волны

(И .4)

1,95 Я,

с+у cos q

При неограниченно больших отношениях глубины к длине судна формула (10.3) приобретает вид

(П.Ь)

19£

Л/а*	Отношение высоты борта к .ширине судна Н/В
	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0,8
0,9	0,62	0,64	0,66	0,69	0,73	0,76
1 ,о	0,65	0,67	0,69	0,72	0,76	0,79
1,1	0,68	0,70	0,72	0,75	0,78	0,82
1,2	0,71	0.73	0,75	0,78	0,81	0,84
1 ,з	0,74	0,76	0,78	0,82	0,83	0,86
1,4	0,76	0,78	0,80	0,82	0,85	0,88
1,5	0,78	0,80	0,82	0,84	0,87	0,90
1,6	0,81	0,82	0,84	0,87	0,89	0,92
1,7	0,83	0,85	0,87	0,89	0,92	0,94
1,8	0,85	0,87	0,89	0,92	0,94	0,96
1,9	0,88	0,90	0,92	0,94	0,96	0,98
2,0	0,90	0.92	0,94	0,96	0,98	1,00

Примечание, б — коэффициент общей полноты корпуса судна; а— коэффициент полноты ватерлинии.

Таким образом, изменяя курс или скорость судна, можно изме­нять значения кажущегося периода волны т и избежать резонанса или резонансной зоны, определяемой зависимостью,

. <1,3

0,7<-

или, что то же самое,

-

1,3

0,7

(11.6)

Для расчетного определения периодов собственных бортовых ко­лебаний может быть использована формула

Г_в=—, (ИЛ)

где — коэффициент, зависящий от типа судна и состояния нагрузки;

В — ширина судна;

А — начальная поперечная метацентрическая высота.

ИМО рекомендует принимать следующие приближенные значе­ния коэффициента k% для каботажных и промысловых судов.

Суда каботажного плавания (кроме танкеров) в балласте — 0,88; промысловые суда с полными запасами для открытого моря — 0,80; креветочные прибрежного лова 0,95; с танками для живой ры­бы — 0,60.

Приближенные значения коэффициента k% для морских транс­портных судов в грузу (кроме танкеров и газовозов) приведены в табл. 11.3

Значения периода собственных продольных колебаний дает гра­фик, представленный на рис. 11.10.

Исследования, проведенные Ю. В. Ремезом, показали, что разра­ботанная им униБерсальная штормовая диаграмма может быть с до­статочной для практики точностью использована как при регулярном, так и нерегулярном волнении. Входя в диаграмму по среднему кажу­щемуся периоду, можно успешно определять сочетания курсов и ско­ростей, отвечающих резонансным режимам бортовой и килевой качки на реальном морском волнении.

5. Универсальные штормовые диаграммы Ю. В. Ремеза

Для облегчения задачи управления судном в шторм советскими учеными были предложены специальные диаграммы для выбора курса и скорости в штормовых условиях. Такие диаграммы разработаны В. Г. Власовым, С. Н. Благовещенским, Л. М. Ногидом, Ю. В. Ре­мезом.

В практике плавания наибольшее распространение получили уни­версальные диаграммы Ю. В. Ремеза для больших и произвольных глубин.

В теории волн глубина считается большой, если она превышает половину длины волны. Однако для целей практики применение уни­версальной штормовой диаграммы Ю. В. Ремеза для больших глубин можно расширить до значений глубин, превышающих четверть длины волны. Это будет соответствовать общей точности исходных данных.

Универсальная диаграмма для больших глубин (рис. 11.11) со­стоит из верхней и нижней частей.

По вертикальной оси верхней части диаграммы отложены длины волн X, по горизонтальной — проекции скорости судна на линию бега волн Vcos^. Здесь V — скорость судна, уз; q — курсовой угол бега волн, град.

Правая половина диаграммы отвечает ходу на встречном волне­нии, под которым понимаются курсы прямо против волны (вразрез волне) и волна в скулу. Средняя вертикаль соответствует курсу лагом к волне при любой скорости судна либо любому положению судна по отношению к набегающим волнам при нулевой скорости. Левая поло­вина отвечает ходу на попутном волнении, включая в это понятие курсы волны в раковину и прямо по волне. Левой половине диаграм­мы соответствуют отрицательные значения Vcosq(§(f<q<. 180°).

Верхняя часть диаграммы содержит семейство кривых, каждая из которых построена для определенного значения кажущегося периода волны т. Эти значения надписаны на соответствующих кривых.

Когда судно не имеет хода либо идет лагом к волнам, кажущий­ся период волны т совпадает с ее истинным периодом (периодом по отношению к неподвижному наблюдателю) т₀. Таким образом, орди­ната пересечения вертикальной оси диаграммы с кривой, отвечающей данному значению кажущегося периода т, определяет собой длину волны А,, истинный период которой равен то. Так, например, при то= =8с т=100 м, при то=12с Х — 225 м и т. д. На встречном волнении кажущийся период волны оказывается меньше истинного, на попут­ном, если только судно не обгоняет волну, — больше истинного.

Если на попутном волнении проекция скорости судна на направ­ление распространения волн Vcos</ совпадает со скоростью волн, ко­торая равна 2,43 \ПГ уз, то кажущийся период волны обращается в бесконечность, т. е. волны на судно не набегают и он$ движется, как бы «оседлав» волну. В этом случае на чисто попутном волнении суд­но по отношению к системе волн как бы неподвижно. Наблюдателю, находящемуся на судне, будет казаться, что оно дрейфует.

Указанному случаю на диаграмме соответствует штриховая кри­вая х = оо.

Нижняя часть диаграммы включает семейство концентрических полуокружностей с центром, расположенным в начале координат диа­граммы, и пучок лучей, исходящих из центра. Каждая полуокружность отвечает определенному значению скорости V (уз), каждый луч — определенному курсовому углу q. Правая часть диаграммы отвечает встречному, а левая — попутному волнению.

Поскольку при построении диаграммы принято, что волны бегут справа налево, вектор скорости судна направлен из центра к пери­ферии ее нижней части вдоль луча, соответствующего данному значе­нию курсового угла q. Определенному сочетанию скорости судна и курсового угла отвечает точка нижней части диаграммы, являющая­ся конном вектора скорости судна.

21 20 19 18	17	16 15 П	U	12 11 10 У 3 ?	6 5 4	rdU5
Г"( • Т-.' -Г— 1 —1—1—1—г 1 f 1 1 1 1 1 III-	г~т • 1 i		■*T	:—!—ГТ' т T I ! 1 i ' > 1 . 1 l 1 1 1 i 1 i 1 1 1 ! 1 1 1	1 i.li. l li i	| J
28 27 26 25 2k 2) 22		Zi 20 19 id	r>	16 15 П 13 13 // 10 9	3 7 6 5	*, T*'c
<t0 38 36 J4	32	30 28 26	2b	22 20 18 16 П	12 10 8	STc/0,7

⁷¹02°9бо до⁰ 6Ь° ^7йР ^

Рис. ПН. Универсальная шгормоная диаграмма Ю. В Ремеза для больших глубин: К длина волны. V ckopocn суд.ы. d курсовой угол бега волны

Нижняя часть диаграммы дает возможность графически находить значения Kcos^ при данном сочетании V и q, а также решать обрат­ную задачу определения всех значений V и q, отвечающих заданной величине К cos q.

Так, например, если У=12 уз, а ^=60⁹, то, проводя через точку пересечения соответствующих окружностей и луча вертикальную пря­мую, найдем по пересечению последней с горизонтальной осью диа­граммы, что У cos <7=6 уз.

Решение обратной задачи сводится к проведению из нижней час­ти диаграммы вертикальной прямой, абсцисса которой представляет собой заданную величину V cos q. Указанная задача имеет бесчислен­ное множество решений, так как для всех точек, лежащих на этой прямой, значения Vcosq> для которых конец вектора скорости судна располагается на указанной вертикальной прямой, являются решени­ем поставленной задачи.

Например. Проводя на нижней части диаграммы вертикальную прямую, соответ­ствующую Vcos<7 = 8y3: при q~*Q° V—8 уз; при q — 45° У=11,5 уз; при (/=60° У-16 уз и т. д.

Зоны курсовых углов, близких к нулю или 180°, когда бортовая качка оказывается незначительной даже в условиях резонанса, но мож­но ожидать усиления килевой качки, отмечены на графике вертикаль­ной штриховкой. Зона курсовых углов, близких к 90°, когда судно рас­полагается почти лагом к волне и резонанс бортовой качки становится особенно опасным, а килевая оказывается весьма малой, отмечена горизонтальной штриховкой.

Над диаграммой помещена вспомогательная шкала для определе­ния значений т, ограничивающих резонансные зоны качки. Иа средней линии этой шкалы нанесены величины периода собственьыл колеба ний судна Ть а на верхней и нижней линиях на тех же вертикалях отложены Ге/1,3 и Т₉ /0,7 соответственно.

На шкалах Ли В, расположенных слева от диаграммы, ь*ие:евы высоты нерегулярных волн 3 %-ной обеспеченности и значительного волнения Л1/3- Справа от диаграммы помещена шкала степени волне- пни в баллах.

Таким образом, диаграмма допускает три входа: по длине волны, по высоте волны и по степени волнения.

Как уже указывалось, приведенная универсальная штормовая диа­грамма применима с достаточной точностью для глубин, превышающих четверть длины судна. Резонансная качка на волнах повышенной кру­тизны, характерных для мелководья, особенно опасна для небольших судов. В связи с этим Ю. В. Ремезом разработана универсальная штор­мовая диаграмма, позволяющая оперативно выбирать безопасные курсы и скорости судна при шторме на любых, в том .числе и на весь­ма малых глубинах. «

1.

6. Использование универсальной штормовой диаграммы

Из трех возможных входов в диаграмму (по длине волны, по вы­соте волны и по степени волнения в баллах) при непосредственном вы­боре безопасных курсов и скоростей судна, находящегося в штормовой обстановке, следует использовать вход по длине волны.

Для определения границ резонансных зон на диаграмме прово­дятся вертикальные прямые через точки пересечения горизонтальной

линии, отвечающей данной длине волны А, с кривыми т=Тя /0,7 и т=7'в/1,3.

Вертикальные линии, точно соответствующие резонансу, являются осями симметрии соответствующих резонансных зон. Иными словами, горизонтальные расстояния от этих линий до линий, отвечающих пра­вой и левой границам резонансных зон, одинаковы. Это свойство можно использовать для контроля правильности определения границ резонансных зон.

Пример 1. Определить резонансные сочетания курсовых углов н скоростей и гра­ницы резонансных зон бортовой качки для судна, имеющего период собственных коле­баний Т₉ = 12 с на волне длиной Л=30 м.

Решение (рис. 11.12). Находим точки С и D пересечения горизонтальной прямой Х = 30 м с кривыми т=Т 9 «*12 с. Проводим через эти точки вертикальные ли­нии, определяющие сочетания курсовых углов и скоростей, точно отвечающих резо­нансу.

По вспомогательной шкале, помещенной над диаграммой, прочитываем значе­ния т, соответствующие границам зон. При «* 12 с они приближенно равны 9,2 и 17,2 с.

Далее следует найти на диаграмме точки С_х и С₂ пересечения горизонтальной прямой Х=30 м с кривыми т=9,2 с и т = 17,2 с глазомерной интерполяцией. Через точки проводим вертикальные прямые, определяющие границы резонансных зон. Эти зоны на рис. 11.12 заштрихованы.

3 т_с/1,з

V до• 84° 78°¹²

Рис. 11.12. К определению резонансных кур­сов и скоростей при входе по длине волны (резонансные зоны бортовой качки заштри­хованы, а килевой ограничены вертикаль­ными прямыми, проходящими через точки Е\ и £а)

Для избежания усиленной бортовой качки в режиме резо­нанса или близких к нему режи­мах следует выбрать скорость и курс судна относительно волн так, чтобы вектор скорости суд­на оканчивался вне зашрихован- ных зон.

Резонанс бортовой качки не приводит к существенному росту амплитуд на чисто встречном или чисто попутном волнении и близ­ких к ним курсах. Секторы, соот­ветствующие таким курсовым уг­лам (0—12°, 168—180°), на ди­аграмме заштрихованы верти­кальной штриховкой. На рис. 11.12 эти секторы не показаны.

Таким образом, если конец вектора скорости судна попадет в верхние части резонансных зон, которые оставлены незаштрихо- ванными, то режим бортовой кач­ки не должен считаться опасным.

Опасность, наоборот, возра­стет, если вектор скорости окан­чивается в нижних частях резо­нансных зон бортовой качки, т. е. курсовой угол приближается к 90°. Безоговорочно должны ис­ключаться такие сочетания кур­сов и скоростей, при которых конец вектора скорости судна

принадлежит резонансной зоне бортовой качки, а курсовой угол волны заключен в пределах 78°<<7<102°.

Примнр 2. Определить резонансные сочетания курсовых углов и скоростей и гра­ницы резонансной килевой качки для судна, имеющего период собственных продоль­ных колебаний 7*^ — 4 с на волне Л**30 м.

Решение (рис. 11.12). Находим точку Е пересечения горизонтали А.*=30 м с кривой т*“4с. Точка пересечения этой горизонтали с кривой т=»4 с в случае обгона судном волны лежит за пределами диаграммы, т. е. соответствует скорости, превышаю­щей 24 уз. Через точку £ проводим вертикальную линию. Сочетания курсовых углов и скоростей, при которых конец вектора скорости попадет на эту вертикальную ли­нию, точно соответствует резонансу килевой качки.

По верхней вспомогательной шкале находим значение т, отвечающее границам . резонансной зоны. При Тф«*4 с они приближенно равны 3,1 и 5,7 с. Находя на гори* зонтали А.=*30 м точки Е\ и £₂, соответствующие этим значениям т, проводим через них вертикальные линии, ограничивающие резонансную зону.

В целях избежания усиленной килевой качки следует выбирать курс так, чтобы вектор скорости судна оканчивался вне указанной зоны. Однако учитывая, что в положении лагом или почти лагом к вол­не амплитуды килевой качки не могут достигать больших значений, такие сочетания курсов и скоростей, при которых вектор скорости оканчивается в секторе 78°<<7<102°, являются допустимыми в смыс­ле килевой качки даже если они принадлежат резонансной зоне.

Следует отметить, что информацию о резонансной зоне, получен­ную с диаграммы, не всегда можно использовать с высокой степенью эффективности. Это объясняется тем, что ввиду относительно малого значения периода собственных продольных колебаний судна зоны ки­левой качки оказываются настолько широкими, что для выхода за их пределы иногда требуются чрезвычайно большие изменения курсовых углов и скоростей, вплоть до поворота на обратный курс. Кроме того, из-за большого демпфирования амплитуда килевой качки не имеет такого острого пика при резонансе, как амплитуда бортовой качки, поэтому небольшие изменения курса и скорости весьма эффективны для уменьшения бортовой качки, и не сильно сказываются на килевой.

Несмотря на это, знание неблагоприятных сочетаний курса и ско­рости, соответствующих резонансу килевой качки, дает судоводителю возможность принимать решения о выборе метода штормования. Ес­ли, например, известно, что резонанс наступает на встречном волне­нии, то это является основанием для того, чтобы предпочесть штор- мование на попутном волнении. Если известны резонансные сочетания курса и скорости, то становится ясным, в какую сторону изменять фак­тические курс и скорость, чтобы, если и не выйти за пределы резонан­сной зоны, то по крайней мере не ухудшить положения судна. Если, например, резонанс наступает при отсутствии хода (кривая г =Т+ пересекается с прямой, отвечающей данной длине волны, непосредст­венно на оси ординат), то уменьшение скорости судна\ зачастую пред­принимаемое судоводителями в условиях тяжелого иггорма, поставит судно не в лучшие, а в худшие условия. Такого случая для морских транспортных судов следует ожидать, когда (8-г-10)Г_Ср при пла­вании в грузу и (11-7-13) Г_Ср при плавании в балласте.

Кроме того, при резонансе сдвиг фаз килевой качки по отношению к волце близок к 90°. Это означает, что в момент нахождения впадины или гребня волны у миделя судно имеет наибольший дифферент на нос или на корму. При таком угле сдвига фаз принципиально невоз­можно выбрать курсовые углы, которые одновременно соответствова­ли бы выгодным условиям в отношении перемещений носа и

кормы: при любой длине волны курсовые углы, наиболее благо­приятные для носовой оконечно­сти, оказываются самыми небла­гоприятными для кормы, и на­оборот.

V- </уз

Максимальная потеря скоро­сти судна на волнении также на­блюдается при резонансе киле­вой качки. Эти обстоятельства лишний раз указывают на то, что штормование в резонансном ре­жиме килевой качки ставит суд­но в очень тяжелые условия и по­этому должно быть исключено.

Можно отметить, что для любого морского транспортного судна с осадкой до 16—18 м ре­зонанс килевой качки не насту­пает на волнах любой длины, ес­ли судно идет на чисто попутном волнении и при этом его скорость превышает 8—9 уз.

Пример 3. Определить положение первой и второй резонансных зон дли судна, имеющего период собственных

г»._Л ,, ,₀ „ колебаний Г о «16 с; при значительной

Рис. I! 13. К определению резонансных кур- , ⁴ , ‘

сов и скоростей при входе по высоте волны высоте волны л,/₃—м.

^к Решение (ряс 11.13). Из точек

До и В₀, отвечающих данному значению значительной высоты, проводим горизонтальные линии, пересекающиеся с кривой t — T_ti -=16 с’в точках М и N

Через услкя М и N проводим вертикальные прямые, выделяющие на нижней ча­сти диаграммы первую резонансную зону 9ia зона заштрихована двойной штрихов­кой, за исключением сектора курсовых углов 168—180°, где резонансная бортовая качка не является опасной.

По вспомогательной шкале прочитываем значения Т$/0,7—23 с и /1,3* 12,3 с. Находим точки М, и Мг пересечения прямой А^М с кривыми т—12,3 с и т=23 с и точ­ки Af, и Nz пересечения прямой В₀Ы с теми же кривыми. Через точки М₂ и прово­дим вертикальные прямые, являющиеся границами второй резонансной зоны, которая для бортовой качки сектора 168—180° заштрихована.

При использовании диаграммы при входе по степени* волнения на­ходятся точки пересечений горизонтальных линий, проходящих через верхний и нижний концы отрезков шкал балльности, с кривой собст­венного периода качки Т_ь равного кажущемуся периоду т (резонанс), а далее действуют так, как и при определении резонансных зон при входе по длине и высоте волны.

7. Меры по обеспечению безопасности судна при плавании • штормовых условиях

При получении информации о предстоящем шторме капитан обя­зан принять надлежащие меры для уменьшения степени риска при попадании судна в штормовые условия, если не представляется воз­можности избежать опасной штормовой зоны.

Штормовые диаграммы В. Б. Ляписа н Д. В. Кондрикова, универ­сальная диаграмма Ю. В. Ремеза, а также другая информация, содер­жащаяся в нормативных документах, может существенным образом помочь капитану выбрать оптимальное решение. Но, как уже отмеча­лось, расчетным путем пока что принципиально невозможно преду­смотреть все многообразие ситуаций при попадании судна в штор­мовые условия.

Конкретные погодные условия, загрузка и мореходные качества судна должны быть учтены капитаном при выборе способа штормова- ния. В любом случае должны быть предприняты подготовительные меры к встрече шторма: оповещен экипаж и пассажиры, проверена водонепроницаемость корпуса судна и проведены другие мероприя­тия по предотвращению нежелательных последствий шторма. Все эти меры следует проводить в кратчайшие сроки до ухудшения погоды, поскольку в дальнейшем многие действия экипажа могут быть затруд­нены. Если необходимо, то заполняются балластные танки.

По возможности должны быть ликвидированы свободные поверх­ности в танках, устранен статический крен, опробованы водоотливные средства и т. д.

При плавании судна в условиях шторма на попутном волнении или волнении с кормовых курсовых углов характеристики его основных мореходных качеств, таких, как остойчивость, качка и управляемость существенно изменяются.

Возникновению аварийной ситуации обычно предшествует одно из следующих трех явлений или их комбинация:

значительное изменение или потеря поперечной остойчивости при прохождении вершины волны вблизи миделя судна. Наиболее опасным в этом отношении является движение судна на волнах, длина и ско­рость которых близки соответственно к длине и скорости судна. При этом время пребывания судна с пониженной ниже опасного уровня остойчивостью за кажущийся период волны может оказаться большим, чем время, потребное ему на наклонеиие из вертикального положе­ния на опасный угол крена или на опрокидывание;

основной или параметрический резонансы бортовой качки, когда соответственно те*Г# илит^Го /2;

захват волной, потеря управляемости и самопроизвольный неуп­равляемый разворот судна лагом к волне—брочинг. Наиболее опас­ным является захват на переднем склоне волн, имеющих скорость волны больше скорости судна и длину волны Х=0,8-г-1,3 больше дли­ны судна L. Брочингу в основном подвержены малые суда, имеющие длину менее 60 м.

Основными признаками изменения поведения судна на попутном волнении, свидетельствующими о его недостаточной безопасности в случае недостаточной остойчивости, являются: *

неожиданное самопроизвольное увеличение крёна при нахожде­нии вершины отдельных волн вблизи миделя судна; существенно пре­вышающее значение предшествующих углов статического крена или амплитуд качки;

длительное по сравнению с четвертью периода собственных коле­баний судна наклонение судна на борт, задержка (зависание) в поло­жении максимального крена и медленное возвращение в исходное со­стояние. Такие наклонения в зависимости от наличия начального кре­на, вызванного несимметричной загрузкой, давлением ветра или иными причинами, могут быть асимметричными.

В случае основного или параметрического резонансов бортовой качки значительно возрастает амплитуда бортовой качки судна в слу­чаях, когда ее период (основной резонанс) приблизительно равен или вдвое превышает кажущийся период волны (параметрический ре­зонанс).

В случае брочинга возникнут: значительные колебания скорости при прохождении волны относительно судна, его тенденция к разгону на переднем склоне попутной волны; ухудшится устойчивость на кур­се, и судно будет стремиться развернуться лагом к волне; увеличатся скорости и амплитуды перекладки руля, потребные для удержания судна на курсе; судно плохо будет слушаться руля, поскольку при равенстве скоростей движения судна и волны прекращается обтека­ние пера руля потоком воды и остается только набегающий поток, вызванный работой гребного винта. В таком состоянии судно, двига­ясь с достаточно большой скоростью и находясь на границе устойчи­вости движения, получает случайное возмущение и резко разворачи­вается лагом к волне.

Большое значение при плавании в штормовых условиях имеет правильное управление рулем. Необходимо заблаговременно перекла­дывать руль, чтобы не допустить уход судна с заданного курса, перей­ти на ручное управление, так как в штормовых условиях наиболее важно сохранить управляемость судна, а это чаще всего можно до­стигнуть только перекладкой руля на большие углы.

Для любого судна, в зависимости от условий и степени шторма поворот на другой курс связан с целым рядом неприятных или даже опасных обстоятельств: усилением качки, зарыванием в волну, попа­данием на палубу больших масс воды и др.

Поворот судна с встречных курсовых углов на попутные осущест­вляют перекладкой руля на подветренный борт в момент подхода группы больших волн с тем, чтобы в положении лагом к волне оно оказалось в период затишья, вторая часть поворота должна осуществ­ляться быстрее, чтобы сократить время воздействия волн в опасном положении. Переход на кормовые курсовые углы может сопровож­даться усилением бортовой качки вследствие сближения периода соб­ственных колебаний судна и кажущегося периода волн, что следует оценить по диаграмме Ю. В. Ремеза.

В некоторых случаях (например, для тихоходных судов) поворот под ветер выполняют на заднем ходу.

Если на кормовых курсовых углах Те >т, то первая половина при повороте с попутного волнения на встречное должна выполняться на малом ходу, а вторая—как можно быстрее. При Г® <т первая половина поворота осуществляется на среднем или малом ходу, а вторая как можно быстрее. Однако следует иметь в виду, что переход судна в зону усиленной бортовой качки на резонансных курсовых уг­лах может потребовать дальнейшего маневрирования и чрезмерный разгон судна и его инерция могут сделать эти маневры более опас­ными.

Поворот судна на ветер требует большего времени, поскольку в этом случае ветер и волны препятствуют развороту, а управляемость ухудшается. Для сохранения управляемости можно использовать уве­личение скорости судна. Для тихоходных судов с развитыми носовы­ми надстройками подобный разворот трудно осуществим либо невоз­можен.

При невозможности судна следовать необходимым курсом судово­дитель может избрать один из вариантов штормования судна. Много­летняя практика рекомендует разные способы штормования в зависи­мости от конструктивных особенностей судна, его загрузки, дифферен­та, наличия палубного груза и других условий.

Способ штормования на носовых курсовых углах. Для удержания судна против волны судно обеспечивает минимальный ход для сохра­нения управляемости. Выбор скорости также осуществляется из усло­вия минимальной залнваемости, минимального количества ударов в носовую оконечность. Если судно достаточно хорошо управляется, а бортовая качка не слишком интенсивная, можно двигаться не строго против волны, а встречая волну скулой.

Способ штормования на кормовых курсовых углах. Этот способ можно применять при достаточной остойчивости и управляемости суд­на на сравнительно малых скоростях, чтобы судно шло с отличной от волны скоростью и длина судна отличалась не менее чем на 25—30 % от длины волны. При длине судна, соизмеримой с длиной волны, режим движения со скоростью, когда судно обгоняет волны, особенно опасен.

Способ штормования лагом к волне. В большинстве случаев явля­ется нежелательным. Может допускаться при достаточной остойчиво­сти судна и достаточной удаленности судна от резонансном зоны по бортовой качке.

Способ штормования, когда судно дрейфует с застопоренной маши> ной. По своим конструктивным особенностям, загрузке, положению центра парусности и другим факторам судно принимает определенное положение относительно волн. Обычно это положение близко к поло­жению бортом к фронту волн или под некоторым углом к нему. Дрейф может быть пассивным, когда судно теряет скорость или управляе­мость, и активным, когда судно использует дополнительные меры для удержания его относительно ветра и волн, например, штормовой якорь, вытравливание якорной цепи и т. д. Активный дрейф может осуществ­ляться как носом, так и кормой на ветер.

Способ штормования на якоре. Этот способ применяется, когда сумма всех внешних сил, действующих на судно, не превышает дер­жащую силу якоря (якорей) и выбранное место якорной стоянки удов­летворяет условиям безопасности судиа.

8. Определение сил, действующих на груз в штормовых условиях

При плавании судна в штормовых условиях немаловажное зна­чение для обеспечения сохранности груза й безопасности судна и лю­дей имеет крепление груза.

Ввиду того, что наибольшее влияние штормовые 'условия оказыва­ют на палубный груз, рассмотрим методику определения сил, дейст­вующих на тяжеловесы, перевозимые на палубе, и усилия в найтовах при его креплении.

Во время перевозки грузов на верхней палубе на них действуют силы:

собственной массы;

трения, возникающего между грузом и палубой или подстилоч­ным материалом;

инерции, возникающей при качке судна;

давления ветра и ударов волн.

Рис. 11.15. Схема опрокидывающих моментов

При бортовой качке на груз действуют силы инерции и тяжести, максимальную суммарную поперечную составляющую которых можно определить из

P^mjsinemax,-!-^ ^ j (®шах ^{2 r s}*ⁿ ®тах)|» (И*8)

где т — масса груза, т;

0mm — максимальный угол крена, град;

г —координата ЦТ груза относительно ЦТ судна, м;

г-- 2~ — радиус орбиты перемещения осей х, у, г, проходящих через ЦТ судна (А— высота волны, м).

Это усилие смещает груз и создает опрокидывающие моменты. Минимальная суммарная составляющая сил инерции и тяжести, действующая по оси OZ, может быть определена из

(11.9)

/>,= т [cos 0_га,_х — ) (вшах V+ ' cos в_тах)|.

где у — координата ЦТ груза относительно ЦТ судна, м.

Усилие P_z нагружает палубу и обеспечивает устойчивость груза. Усилие F_H| (рис. 11.14), возникающее в найтовых от смещения груза, можно определить, используя систему уравнений:

Ги = Р»+Ру+Р'_у\

F_v j cosa-

(11.10)

-Ftp^O;

■Л/eO;

где P'y — поперечная составляющая динамического давления ветра, кН;

Я"* — поперечная составляющая гидравлических ударов волн, кН;

Ftp —сила трения между грузом и палубой или подстилочным материалом, кН; a — угол между найтовом и палубой;

/ — коэффициент трения;

N*=P_t — реакция опоры (Р_г — минимальная составляющая сил инерции и силы тя­жести, действующая по оси OZ при бортовой качке), кН.

Из 11.10

F»-fPz

(11.11)

^Hl cosa-f/sina Динамическое давление ветра на палубный груз P'y-pSy,

где р — давление ветра, Па;

S_v — площадь парусности боковой поверхности груда, м²,

При определении площади поверхности груза, подверженной воз­действию ветра, следует учитывать наличие несплошных поверхностей, а для цилиндрических поверхностей, расположенных перпендикулярно направлению ветра, надо вводить коэффициент обтекания, равный 0,6.

Усилие, вызванное гидравлическими ударами воды при залива­нии груза,

(11.13)

где р\ — удельное давление воды, кН/м².

S'у -площадь заливания боковой поверхности груза, м²

Величина рj выбирается в зависимости от высоты заливания; при высоте заливания 0,6 м pi = 7,4 кН/м², при высоте 1,2 м Р\ = 19,6 кН/м².

Обычно уменьшение силы Р_г за счет сил плавучести палубного груза не учитывается так же, как не учитывается и увеличение за счет натяжения найтовов. Однако нужно иметь в виду, что при перевозке емкостей учет сил плавучести обязателен.

Условие F*_t% возникающее в найтовах под действием опрокиды­вающих моментов, можно получить из уравнения моментов (рис. 11.15).

где h_g — расстояние от палубы до LIT, м,

Л к — расстояние от палубы до точки крепления найтова; h_п расстояние от палубы до центра парусности тяжеловеса, м; Л_э -- расстояние от палубы до центра заливаемой площади, м;

Ь ~ ширина тяжеловеса, м.

(11.14)

Ь sin а У h_K cos а

Из уравнения (11.14)

(11.15)

Коэффициенты f принимаются следующим»* сгзль - 0,15;

сталь —дерево 0,5; дерево — дерево 0,4; резина — сталь 0,7, рези­на— дерево 0,8. На открытых палубах f принимается равным нулю.

При расчете разрывного усилия в найтовах следует принимать коэффициент запаса k не менее 3 при креплении груза на открытой палубе и не менее 2,5 при креплении груза в трюмах.

Определение сил, действующих на груз при килевой качке, ана логично изложенной методике.

Контрольные вопросы. 1. В чем заключается подготовка судна к плаванию в штормовую погоду? 2. Каково влияние штормовых условий на мореходные качества судна и как это проявляется? 3. Как осуществляется выбор курса и скорости для из­бежания резонансной качки и критического ухудшения остойчивости? 4. Каковы пре имущества и недостатки основных способов штормования? *

УПРАВЛЕНИЕ СУДНОМ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЯКОРНЫХ И ШВАРТОВНЫХ ОПЕРАЦИЙ