Задачник по ТУС

5.26. Вычислить безразмерный множитель 2, коэффициент и амплитуду качки 1 для судна, если известно: ширина = 15,0 м, осадка = 5,00 м, коэффициент полноты ватерлинии = 0,819, коэффициент вертикальной полноты = 0,712, период бортовой качки = 14,0 с., безразмерный параметр

1, 2, выбирать по (табл. 5.6, 5.7, 5.8, 5.9), для неограниченного района плавания.

5.27. Рассчитать безразмерный множитель , коэффициент и амплитуду качки 1 для судна, если известно: соотношение главных размерений

Bd = 2,80, коэффициент полноты водоизмещения = 0,715, период бортовой

для судна, если известно: ширина = 18,5 м, осадка = 7,28 м, коэффициент

выбирать по (табл. 5.6, 5.7, 5.8, 5.9), для неограниченного района плавания. 5.29. Найти безразмерные множители 2, и амплитуду качки 1 для

судна, если известно: соотношение главных размерений Bd = 2,40, коэффициент

(табл. 5.6, 5.8, 5.9), для неограниченного района плавания.

5.31. Определить коэффициент и безразмерный множитель для судна, если известно: амплитуда качки 1 = 13,3°, ширина = 18,0 м, осадка= 5,14 м, коэффициент полноты водоизмещения = 0,681, период бортовой качки = 12,8 с., и безразмерный параметр = 0,80. Безразмерные множители

100

1, 2, выбирать по (табл.5.7, 5.8, 5.9), для ограниченного района плавания

R2.

5.32. Вычислить допускаемые статические моменты по высоте, используя (табл. Г.3 приложения Г), для т/х «Славянск», если известно: весовые водоизмещения ∆1 = 9450 т, ∆2 = 10250 т, ∆3 = 10850 т. Считать, что т/х «Славянск» в рейсе обледенел.

5.33. Найти весовые водоизмещения ∆ , используя (табл. Г.3 приложения Г), для т/х «Славянск», если известно: допускаемые статические моменты по

высоте 1 = 120000 тм, 2 = 130000 тм, 3 = 140000 тм. Считать, что т/х «Славянск» в рейсе не обледенел.

5.34. Определить допускаемый статический момент по высоте и допускаемую поперечную метацентрическую высоту доп, используя (рис. Г.5 приложения Г), для т/х «Славянск», если известно: весовое водоизмещение ∆ = 14000 т и поперечная метацентрическая высота = 0,60 м.

5.35. Рассчитать допускаемый статический момент по высоте и допускаемую поперечную метацентрическую высоту доп, используя (рис. Г.5 приложения Г), для т/х «Славянск», если известно: весовое водоизмещение ∆ = 16500 т, и поперечная метацентрическая высота = 0,80 м.

101

ГЛАВА 6 НЕПОТОПЛЯЕМОСТЬ СУДНА

6.1 Понятие о непотопляемости судна

Непотопляемость – это способность судна сохранять плавучесть при затоплении его отсеков. Непотопляемость судна обеспечивается запасом плавучести, который используется путем подразделения корпуса на отсеки водонепроницаемыми переборками и платформами, ограничивающими распространение воды внутри корпуса.

Помимо сохранения судна на плаву необходимо также, чтобы оно обладало остойчивостью и минимально допустимыми другими мореходными качествами. Поэтому к посадке и остойчивости судна после затопления отсеков (аварийной посадке и аварийной остойчивости) предъявляются определенные требования.

Так как гибель судна вследствие опрокидывания есть процесс значительно более быстротечный, нежели его потопление, всегда следует стремиться к тому, чтобы в аварийном состоянии судно не теряло остойчивости прежде, чем полностью не будет израсходован запас плавучести.

Степень непотопляемости судна определяется числом отсеков, затопление которых судно выдерживает. Если судно удовлетворяет Правилам Регистра Судоходства в части деления на отсеки, то к символу класса добавляется один

из знаков 1 , 2 или 3 , который обозначает число любых смежных отсеков, при затоплении которых судно остается на плаву в удовлетворительном состоянии равновесия.

В процессе эксплуатации судна род перевозимого груза, его количество и распределение по грузовым помещениям меняются в широких пределах. Это приводит к тому, что аварийная посадка и остойчивость при затоплении одного и того же отсека в разных случаях могут быть также различными. В связи с этим судоводители должны оценивать аварийное состояние своего судна при возможных повреждениях корпуса для каждого рейса. Эта оценка должна производиться до выхода в рейс с тем, чтобы в аварийных случаях решение о действиях команды могло основываться на заранее известных данных по состоянию судна. В практике мореплавания было много примеров, когда мероприятия, осуществляемые судоводителями, не соответствовали аварийному состоянию судна, что приводило к его гибели.

6.2 Категория затапливаемых отсеков

Затапливаемые отсеки, под которыми мы будем понимать любые помещения судна, ограниченные непроницаемыми поверхностями, в зависимости от характера затопления подразделяются на пять категорий.

Отсеки первой категории – это отсеки, затапливаемые полностью без образования воздушных подушек. Типичным примером такого случая является

102

затопление междудонной цистерны, или диптанка, ограниченного платформой, расположенной ниже ватерлинии.

Отсеки второй категории – это отсеки, затопленные частично, имеющие свободную поверхность, но не сообщающиеся с забортной водой. Примером может служить отсек, затапливаемый преднамеренно для выравнивания посадки или отсек, частично затопленный благодаря фильтрации воды из аварийного отсека.

Отсеки третьей категории – это отсеки, затопленные частично, сообщающиеся с забортной водой и атмосферой (открытые сверху). В этом случае уровень воды в отсеке совпадает с уровнем забортной воды.

Отсеки четвертой категории – это отсеки, затопленные частично, сообщающиеся с забортной водой, но не имеющие сообщение с атмосферой (закрытые сверху). В этом случае в отсеке образуется воздушная подушка, и тогда уровень воды в отсеке будет отличаться от забортного уровня.

Отсеки пятой категории – это отсеки, затопленные частично по кромку пробоины или открытого забортного отверстия.

По мере изменения посадки судна, затопленные отсеки могут переходить из одной категории в другую. Так, при погружении судна отсек третьей категории может заполниться полностью и перейти в отсек первой категории; при спрямлении судна может наблюдаться обратный переход.

6.3 Коэффициент проницаемости

Объем забортной воды, вливающейся в отсек при затоплении, всегда меньше его теоретического объема вследствие того, что часть объема отсека занимают грузы, механизмы, набор и конструкции, находящиеся в нем.

Отношение объема в влившейся в отсек воды к его теоретическому объему т по тот же уровень называется коэффициентом проницаемости

Очевидно, что значения коэффициента проницаемости изменяются в

пределах 0 ≤ т ≤ 1.

Примером значения = 0 может служить балластная цистерна, полностью заполненная водой. Значению = 1 соответствует пустой отсек, ограниченный стенками без набора.

Так как в грузовых помещениях всегда имеются конструкции набора корпуса, то коэффициент проницаемости незагруженного помещения, отнесенный к теоретическому объему (т.е. по внутреннюю поверхность обшивки), всегда меньше единицы и лежит в пределах п = 0,97 – 0,98.

В судовых условиях объемы грузовых помещений по различные уровни определяются шкалами на чертеже размещения грузов, которые дают зерновую вместимость, т.е. теоретический объем за вычетом объема набора. В

103

связи с этим в дальнейшем коэффициенты проницаемости будем относить к зерновому объему грузовых помещений зерн и обозначать . В этом случае для незагруженного помещения будет = 1. Очевидно, что связь между коэффициентами проницаемости т (отнесенному к теоретическому объему) и(отнесенному к зерновой вместимости) определяется выражением

На судне имеются отсеки, коэффициенты, проницаемости которых в процессе эксплуатации практически не изменяются. Таковы, например, отсеки, в которых располагаются механизмы, различное оборудование и некоторые другие, не предназначенные для размещения переменных грузов. Напротив, коэффициенты проницаемости грузовых помещений изменяются в широких пределах в зависимости от рода перевозимого груза и его количества. Объем, занимаемый водой, вливающейся в грузовое помещение, можно условно подразделить на следующие части:

-свободный объем – объем между поверхностями воды и груза, если уровень воды превышает поверхность груза;

-внешняя скважистость – объем между отдельными местами груза;

-внутренняя скважистость – незанятый грузом объем внутри каждого места груза;

-объем водопоглощения груза.

В зависимости от вида груза каждая из этих частей составляет различную долю общего объема, занимаемого забортной водой.

Коэффициент проницаемости в сильной степени зависит от тщательности укладки груза в грузовом помещении судна. Последняя характеризуется удельным погрузочным объемом гр, т.е. числом кубометров объема, занимаемого одной тонной груза.

где гр – объем, занимаемый грузом в трюме, т.е. объем, ограниченный внешней поверхностью однородного груза, м3;

гр– масса этого груза, т.

Для того, чтобы выделить влияние фактора укладки груза, представим гр в виде суммы двух слагаемых

104

где н – непроницаемый объем груза, иначе говоря, его объемное водоизмещение, м3;

вгр– объем, занимаемый водой в пределах объема гр, включая скважистость и водопоглощение груза, м3,

и будем считать эффективной плотностью груза его массу (вместе с тарой и упаковкой), отнесенную к водонепроницаемому объему

В этом выражении в явном виде выделено влияние компактности укладки груза на его коэффициент проницаемости и с его помощью это влияние может быть оценено численно. Эффективная плотность гр характеризует проницаемость одного места груза и является более стабильной величиной, нежели гр, т.к. не зависит от характера укладки груза в отсеке, а только от вещества груза и его упаковки (внутренней скважистости). Очевидно, что для однородных не поглощающих воду грузов, перевозимых без тары, гресть обычная плотность вещества груза.

Полученные значения коэффициентов проницаемости грузов являются основными исходными данными при определении коэффициентов проницаемости затапливаемых отсеков.

Если уровень воды в затопленном отсеке, определяемый аварийной ватерлинией, полностью проходит через однородный груз, то коэффициент

105

проницаемости отсека равен коэффициенту проницаемости груза. Если же уровень воды находится выше поверхности груза, то коэффициент проницаемости отсека определяется выражением

где св – объем между поверхностью воды в отсеке и поверхностью груза (свободный объем) определяется выражением

а – объем отсека по уровень затопления, м3.

Объем влившейся воды в отсек найдется по выражению

Если отсек загружен разнородными грузами, имеющими различные коэффициенты проницаемости, то общий коэффициент проницаемости отсека определяется выражением

Здесь суммирование распространяется на все грузы в отсеке, находящиеся под поверхностью воды.

При расчетах непотопляемости наряду с рассмотренным выше коэффициентом проницаемости объема отсека, используются коэффициенты проницаемости площади свободной поверхности воды в отсеке , а также ее моментов инерции и . В тех случаях, когда уровень свободной поверхности воды проходит через однородный груз, значения этих коэффициентов проницаемости следует принимать равными гр. Если уровень воды в отсеке выше поверхности груза, то = = = 1.

106

Когда часть свободной поверхности воды проходит через груз, коэффициенты проницаемости , и лежат в пределах от гр до 1 и их значения могут быть определены лишь при известных площади сечения груза и их расположения на площади сечения отсека.

6.4 Методы расчета аварийной посадки судна

Применяют два метода определения посадки и остойчивости судна при затоплении отсеков.

Первый метод, называемый методом приема груза, состоит в том, что влившуюся в отсек воду рассматривают как дополнительно принятый на судно груз. Если затапливаемый отсек относится к первой или второй категориям, то для расчетов пользуются почти исключительно этим методом.

Если затапливаемый отсек относится к третьей категории, то применение этого метода осложняется тем, что масса влившейся в отсек воды не может быть найдена заранее, так как ее уровень, совпадающий с уровнем забортной воды, определяется посадкой судна, которая не известна и сама зависит от количества влившейся в отсек воды. Поэтому метод приема груза в этом случае приводит к последовательным приближениям. Ватерлинию первого приближения находят предполагая, что отсек заполняется до уровня начальной ватерлинии. Последующие ватерлинии определяются добавлением массы воды

вотсеке между исходной и найденной ватерлиниями каждого приближения. Расчет прекращают, когда поправки к осадкам носа и кормы будут находиться

впределах желаемой точности. В большинстве случаев бывает достаточно трех приближений.

Второй метод, называемый методом постоянного водоизмещения, или методом исключения, состоит в том, что затапливаемый отсек с учетом его коэффициента проницаемости исключают из водоизмещающего объема корпуса. Тогда влившаяся в отсек вода считается забортной и не принадлежащей судну, а весовое водоизмещение и координаты центра тяжести (ЦТ) судна остаются такими же, как до аварии. В этом случае изменяется форма водоизмещающего объема и должны быть пересчитаны все необходимые элементы теоретического чертежа, по которым аварийную посадку судна определяют так же, как для неповрежденного судна.

Метод постоянного водоизмещения дает прямое решение задачи, но требует предварительного пересчета элементов теоретического чертежа судна для каждого из затапливаемых отсеков.

Заметим, что методы приема груза и постоянного водоизмещения приводят к различным значениям многих рассчитываемых величин, таких как водоизмещение, координаты (ЦТ) судна, теоретические элементы, метацентрическая высота и других, но оба метода, конечно, приводят к одним и тем же параметрам аварийной посадки.

107

6.5 Расчет посадки и остойчивости поврежденного судна

При известных уровне затопления отсека и его проницаемости, расчет посадки и остойчивости выполняется как для приема груза.

При расчете массы влившейся воды и поправки к поперечной метацентрической высоте на влияние свободной поверхности плотность влившейся воды , должна учитывать влияние коэффициента проницаемости отсека от

Для больших отсеков, в пределах которых могут располагаться помещения различных типов объемом каждый, либо занятые грузами и оборудованием различной проницаемости гр , массу влившейся при аварии воды в и изменения статических моментов , , вычисляют по формулам

где – число тонн на 1 см осадки, т/см;диф – момент дифферентующий на 1 см осадки, тм/см.

Изменение осадок оконечностей н и к определяется по уравнениям

108

где ср – средняя осадка судна до аварии, м;– поперечная метацентрическая высота до аварии, м; ∆о – водоизмещение судна порожнем, т;– дедвейт судна, т.

Влияние свободной поверхности воды на поперечную метацентрическую

где – момент инерции свободной поверхности жидкости, м4.

Если свободная поверхность выше верхнего уровня груза, тогда условную плотность принимают ус = 0,98 ∙ .

Если отсек затоплен полностью без свободной поверхности, тогда изменение к поперечной метацентрической высоте на влияние свободной поверхности воды принимают = 0.

Крен судна в градусах после затопления отсека определяется по формуле

где ∆ – весовое водоизмещение судна, т;0 – угол крена до аварии, град.

Посадку и остойчивость судна после затопления отсека в балластном переходе или при посадке по ватерлинию (ВЛ), которая проходит значитeльно ниже грузовой марки, можно определить по диаграмме осадок носом и кормой,

109