Построение диаграмм статической и динамической остойчивости

 

После проведения указанных выше расчетов, определения параметров остойчивости и расчета посадки судна строят диаграмму статической остойчивости (ДСО). Расчет восстанавливающих плеч l_ст (м), производят в табличной форме с шагом в 10°, однако, для более четкого понимания параметров остойчивости судна на малых углах крена в некоторых случая рекомендуется начинать расчет плеч с шагом в 5°, т.е. 5°, 10°, 20° и т.д. Восстанавливающие плечи обычно рассчитывают по формуле (10.1), но иногда они приведены в графической форме, называемой универсальной диаграммой остойчивости (см. рис. 10.1), вход в которую осуществляют по рассчитанному водоизмещению или дедвейту судна (зависит от диаграммы) и по рассчитанной поперечной метацентрической высоте.

             

   Рисунок 10.1. Универсальная диаграмма статической остойчивости (пример).

             

   В нашем случае расчёт и построение диаграммы производим по формуле (10.1), используя таблицу или график плеч форм (Пантокарены), содержащихся в Информации об остойчивости судна.

 

 

 

 

                                

                                        

 

 

                                                            

 

 

                                                            

                                                                57,3° (1,0 радиан)

 

Рисунок. 10.2. ― Диаграмма статической остойчивости (static stability diagram)

     Θ max ― угол максимума диаграммы статической остойчивости;

     Θу ― угол заката диаграммы статической остойчивости;

     l max ― максимальное восстанавливающее плечо;

     h ― метацентрическая высота.

 

l_ст = lф – Zg sin θ;                                 (10.1)

 

где: Zg ― возвышение ЦТ судна над килем, полученное методом расчетов, м;

   lф ― плечо формы, снятое с чертежа пантокарен или выбранное из соответствующей таблицы, м.

Результаты вычислений занести в таблицу 10.1, затем построить диаграмму статической остойчивости, указав на ней графически lmax, h, θmax. (см. рис. 10.2).

Таблица 10.1 ― Зависимость плеча статической остойчивости от угла крена

 

В обычных случаях для оценки остойчивости судна достаточно диаграммы статической остойчивости, однако контролирующие безопасность мореплавания органы иногда требуют построения диаграммы динамической остойчивости (ДДО). Построение диаграммы динамической остойчивости проще всего сделать на основании данных диаграммы статической остойчивости (см. таблицу 10.2).

 

 

Таблица 10.2. Зависимость плеча динамической остойчивости от угла крена

В строку lст заносятся значения плеч статической остойчивости. Стрелками между цифрами указан порядок суммирования цифр для получения каждой последующей в строке ∑. Значение плеча динамической остойчивости ld получают путем умножения суммы на половину шага θ°, выраженного в радианах. По полученным данным строим диаграмму динамической остойчивости (см. рис. 10.3).

 

 

                              ld,m

 

                                                                                 ldmax

 

                                 θmax                                                    θ°          

                                                        θy

                                                                                      

Рисунок 10.3 ― Диаграмма динамической остойчивости (dynamic stability diagram)

θmax ― угол максимума диаграммы статической остойчивости (точка перегиба);

θу ― угол максимума диаграммы динамической остойчивости;

ldmax ― максимальное плечо динамической остойчивости.

После проведения вышеуказанных расчетов и построения диаграмм остойчивости необходимо произвести оценку остойчивости судна по одному из приведенных ниже критериев:

 

Требования Российского морского Регистра судоходства (РМРС) к ДСО

1. Максимальное плечо ДСО должно быть не менее 0,25 м для судов длиной менее или равной 80 м и не менее 0,20 м для судов длиной более или равной 105 м. Для судов длиной лежащей в интервале между указанными величинами величина плеча определяется методом интерполяции;

При наличии у диаграммы статической остойчивости двух максимумов вследствие влияния надстроек или рубок требуется, чтобы первый от

прямого положения максимум диаграммы наступил при крене не менее 25°.

2. Площадь под положительной частью диаграммы статической остойчивости должна быть не менее 0,055 м*рад до угла крена 30° и не менее 0,09 м*рад до угла крена 40° либо до угла заливания Ɵу, в зависимости от того, какой из них меньше. Дополнительно, площадь между углами крена 30° и 40°, или, если Ɵ_f < 40°, между 30° и Ɵу должна быть не менее 0,03 м*рад.

     3. Исправленная начальная метацентрическая высота всех судов при всех вариантах загрузки, за исключением «судна порожнем» должна иметь значение не менее 0,15 м.

     4. Максимум ДСО должен быть равным или более 30°, а в случае учета обледенения – 25°.

5. Критерий погоды (отношение момента опрокидывающего к динамически приложенному моменту кренящему давления ветра) должен быть всегда равным или более 1.

                                           К = М_опр./М_кр. ≥ 1.

 

Требования Международного Кодекса по остойчивости судов в

неповреждённом состоянии, 2008 г. (Кодекс ОНС 2008 года).

1. Критерий погоды должен быть равен или более 1 для судов длиной более или равной 24 м.

2. Начальная метацентрическая высота должна быть равна или более 0,15 м для грузовых и пассажирских судов.

3. Допустимый угол крена от ветра для грузовых судов ― не более 16° или 80% от угла, при котором кромка палубы погружается в воду, в зависимости от того, какой угол меньше.

4. Плечо восстанавливающего момента диаграммы статической остойчивости должно быть по меньшей мере 0,2 м при угле крена, равном или больше 30°.

5. Плечо динамической остойчивости при угле крена более или равном 30° ― не менее 0,055 м.

6. Плечо динамической остойчивости при угле крена 40° (или при угле заливания) ― не менее 0,09 м.

7. Разность плеч ДДО при 40° и 30° ― равна или более 0,03.

8. Для пассажирских судов - угол крена, вызванного скоплением пассажиров на одном борту, не должен превышать 10°.

 

Кроме того, необходимо определить в какой зоне остойчивости находится судно.

Как известно, при малой остойчивости судно становится излишне валким, имеющим большие амплитуды качки, при этом возникает опасность опрокидывания даже при относительно небольших внешних воздействиях.

Опасность представляет и повышенная остойчивость, приводящая к резкой, стремительной качке, грозящей обрывом креплений груза, смещению груза и, в конечном итоге так же к опрокидыванию судна.

Характеристики качки и величина восстанавливающего момента зависят от величины метацентрической высоты судна, так как:

 

                                     М_в = Δ·h·sinƟ                                                  (10.2)

 

где: М_в – восстанавливающий момент (т·м); Δ – весовое водоизмещение судна (т); h – поперечная метацентрическая высота (м).

 

Таблица 10.3 ― Оптимальные значения метацентрических высот для различных типов судов

 

Тип судна	Значение метацентрической высоты, м^3
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 танкера	1,5 – 2,5

 

Для оптимизации параметров остойчивости судна можно использовать относительную метацентрическую высоту, которая определяется как отношение метацентрической высоты к ширине судна. Для сухогрузных судов среднего тоннажа на основании натурных испытаний определены четыре зоны остойчивости:

1) А ― зона валкости или недостаточной остойчивости, h/В = 0,0…0,02. При этих условиях при поворотах судна на полном ходу может возникать крен до 15°…18°.

2) Б ― зона оптимальной остойчивости, h/B = 0,02…0,05. На волне судно испытывает плавную качку, условия обитаемости и работы экипажа нормальные, поперечные инерционные силы не превышают 10% силы тяжести палубного груза.

3) В ― зона повышенной остойчивости, h/B = 0,05…0,1. Судно испытывает резкую качку, условия обитаемости и работы экипажа дискомфортные, поперечные инерционные силы достигают 15…20% силы тяжести палубного груза;

4) Г ― зона чрезмерной остойчивости или разрушения, h/B более 0,1. Поперечные инерционные силы могут достигать 50% силы тяжести палубного груза, при этом могут разрушиться крепления палубного груза, выйти из строя судовое оборудование и т.п.

Среднее значение метацентрической высоты h в зоне оптимальной остойчивости составляет около 3,5% от ширины судна.