Требование Регистра Судоходства к параметрам диаграммы

Большинство контролируемых характеристик остойчивости относится к диаграмме статической остойчивости.

К ним относятся:

- начальная поперечная метацентрическая высота, исправленная на влияние свободных поверхностей запасов и жидких грузов. h₀^испр≥0;

- максимальное плечо ДСО l_m должно быть не менее 0,20 м (для судов длиной более 105 м) и не менее 0,25 м (для судов длиной менее 80 м). Для судов, длина которых 80<L<105 м, предельное значение l_m определяется линейной интерполяцией между указанными величинами;

- угол максимума ДСО не должен быть менее 30⁰;

- угол заката ДСО не должен быть менее 60⁰;

- отношение минимального опрокидывающего момента М_опр^min к динамическому кренящему моменту от шквалистого ветра М_{кр. дин} должно быть больше единицы. Последнее требование получило название «Критерий погоды».

Критерий погоды для морских судов определяется применительно к ситуации, когда судно, лишенное хода и управления, находится на волнении при действии шквалистого ветра в положении лагом к волне. Характеристики ветра, волнения и бортовой качки назначаются Регистром конкретно для каждого судна в зависимости от разрешенного ему района плавания.

Расчет носит условный характер, и не должен восприниматься буквально и связываться с реальными условиями нахождения судна в море. На момент производства расчета судно еще не загружено и рейс ему только предстоит. Находясь лагом к волнению и ветру, судно испытывает бортовую качку с условной амплитудой θ_r (симметрично на правый и левый борт).

В момент наибольшего накренения судна на левый борт на угол θ_r внезапно воздействует шквал со стороны левого борта. Под влиянием качки судно переваливается на правый борт, а шквал способствует его дальнейшему наклонению. В этой ситуации необходимо определить минимальный опрокидывающий момент М_опр^min с помощью ДДО, которая должна быть построена заранее по имеющимся уже диаграммам статической остойчивости (ДСО), также для обоих состояний загрузки судна (100% и 10% запасов).

Полученное значение минимального опрокидывающего момента (это числитель в критерии погоды) сопоставляется со значением кренящего динамического момента от шквалистого ветра, характерного для рассматриваемого района плавания судна М _{кр. дин}:

М _{кр. дин} = 0,001 р_в F_п (z_п – d_ср) [т · м], (15)

где р_в – давление ветра по Регистру [кг · м^-2],

F_п и z_п – соответственно площадь боковой парусности и аппликата центра парусности судна, соответствующие данной средней осадке d_ср. (z_п отсчитывается от основной плоскости судна), коэффициент 0,001 необходим для согласования размерностей участвующих величин).

Минимальный опрокидывающий момент М_опр^min определяется на ДДО по методике Регистра судоходства (рис. 12). Вычисляется условная амплитуда бортовой качки θ_r по формулам и таблицам Раздела 2 Правил РС. Эта величина угла крена откладывается на ДДО от начала координат влево и вправо. Соответствующие углу крена ± θ_r точки на ДДО показывают тот диапазон изменения механической работы, которую восстанавливающий момент должен совершать в ответ на раскачивание судна на волнах.

Рис. 12. Определение плеча минимального опрокидывающего момента в Правилах РС

Оставшиеся вне этого диапазона участки ДДО – это тот резерв, имеющийся у судна, который остается для противодействия шквалистому ветру.

Из левой части ДДО необходимо провести касательную к ДДО в ее правую часть.

Эта касательная есть график работы, совершаемой кренящим ветровым моментом, опрокидывающим судно.

Тангенс угла наклона этого графика (прямой касательной линии) к горизонту численно равен в масштабе чертежа минимальному опрокидывающему моменту, который следует использовать в качестве числителя в выражении критерия погоды:

(16)

Критерий погоды считается удовлетворен, если его значение по формуле (16) не менее единицы. Величину Критерия погоды можно трактовать - как некий показатель запаса динамической остойчивости, которым располагает судно в данном районе плавания, хотя в Правилах Регистра об этом не сказано.

Опрокидывающий момент в данной методике действительно оказывается минимальным (но всё же опрокидывающим судно), из трех возможных вариантов, когда ветер (шквал) действует в момент наклонения судна на левый борт (точка А), на правый борт (точка В) или в момент прохождения судном вертикального положения (точка θ = 0).

Необходимую величину тангенса угла β_опр на Рис.12 можно получить, если от вершины угла β_опр отложить по горизонтали отрезок длиной 57,3⁰ (1рад) и измерить вертикальный катет образовавшегося треугольника (между горизонтальной линией АВ и касательной АС в масштабе вертикальной оси l_дин (м · рад)).

Полученный отрезок l_дин^опр пересчитывается в М_опр^min умножением на вес судна Р:

М_опр^min = Р · l _дин^опр (17)

Международная Морская Организация (ИМО), основанная в 1948 в Лондоне, осуществляет деятельность по координации усилий в части нормирования остойчивости в разных странах и по созданию единых международных норм по остойчивости морских судов. В настоящее время эта деятельность продолжается, и, хотя такие нормы еще находятся в стадии разработки, уже действуют Временные нормы в виде Кодекса ИМО по остойчивости судов 1993 г.

Нормативы Временного Кодекса ИМО изложены в Правилах Регистра судоходства, начиная с издания 1995 г. в Приложении к Разделу 2 «Альтернативные требования к остойчивости морских судов». Альтернативный характер требований ИМО допускает их использование на усмотрение судоходной компании наряду с Нормами Российского Регистра судоходства.

Однако, подход, реализуемый ИМО в данном вопросе, существенно отличается от отечественного подхода практически по всем пунктам требований к остойчивости. Это принципиально иной подход, как по нормативам, так и по их выбору и методике определения Критерия погоды.

Рассмотрим основные требования Альтернативного подхода в Правилах РС:

- метацентрическая высота, исправленная на влияние свободных поверхностей, h_испр ≥ 0,15 м (кроме лесовозов и рыболовных судов);

- максимальное плечо ДСО, l_m ≥ 0,20 м;

- угол максимума ДСО θ_m ≥ 30⁰;

- угол заката ДСО θ_з ≥ 60 ⁰;

Однако, допускается снижение угла заката θ_з менее 60⁰, если удастся компенсировать это увеличением l - на каждый потерянный 1⁰ угла заката θ_з добавляется 0,01 м величины минимального значения l_m сверх 0,20 м (до θ_з > 50⁰).

Также контролируются площади трех участков ДСО:

площадь части ДСО в пределах углов крена θ = 0 – 30⁰,

S (0 – 30⁰) ≥ 0.055 м · рад;

- площадь части ДСО в пределах углов крена θ = 30⁰ - 40⁰,

S (30⁰ - 40⁰) ≥ 0.030 м · рад;

- площадь части ДСО в пределах углов крена θ = 0 – 40⁰,

S (0 – 40⁰) ≥ 0.090 м · рад;

(см. рис. 13)

угол заливания должен быть не меньше угла заката ДСО.

Также контролируется соотношение между минимальным опрокидывающим моментом при качке и кренящим динамическим моментом от шквала в положении лагом к волне (аналог отечественного критерия погоды К_п).

В этом пункте отличия подхода ИМО и Регистра проявляются в наибольшей степени:

- рассматривается совместное воздействие постоянного ветра и шквалистого порыва ветра;

Рис. 13 Контроль площади ДСО во Временном Коде ИМО.

Рис. 13.

- бортовая качка имеет несимметричный характер и отсчитывается от угла статического крена от действия постоянного кренящего момента от постоянного ветра;

- давление постоянного ветра принимается одинаковым для всех судов р_в = 504 Па;

- давление ветра в шквале не участвует в расчете, а просто плечо кренящего момента от шквала l _кр.дин принимается в полтора раза больше кренящего плеча от статического ветра l _кр.ст:

l _кр.дин = 1,5 l _кр.ст (19)

необходимо добиться, чтобы площадь в участка ДСО (Рис. 14) оказалась бы больше площади а участка ДСО между углом крена θ_r левого борта до угла крена от действия динамического момента от шквала.

Рис. 14. К определению Критерия погоды во Временном коде ИМО.

Угол статического крена от действия постоянного ветра θ_о со стороны левого борта получают на ДСО как абсциссу точки пересечения графика плеча статического кренящего момента (Рис. 14):

(20)

где р_в = 504 Па, F_п и z_п – площадь парусности и аппликата центра парусности судна.

Вычисление площади в на ДСО осуществляют между точкой пересечения горизонтальной линии l_дин = 1,5 l_ст и оканчивая ее вычисление либо при θ = 50⁰, либо в точке пересечения ДСО с линией l_дин = 1,5 l_.ст, смотря какая точка окажется левее, чтобы получить запас в безопасную сторону.

Как видно, оба подхода в контроле остойчивости отличаются существенно, и сопоставлять их между собой очень трудно.

В связи с этим в настоящее время в разных странах, участниках ИМО ведется исследовательская работа, называемая «гармонизацией требований к остойчивости». ИМО выступает в качестве координатора этой важной работы. Но пока эти исследования не будут завершены, не могут быть сформулированы Единые международные требования к остойчивости морских судов.

Необходимо также подчеркнуть, что действующие в настоящее время методики контроля остойчивости морских судов не охватывают всех возможных ситуаций опрокидывания судна.