Обеспечение остойчивости при больших углах крена

 

Рассмотренный выше подход, использующий метод начальной остойчивости, позволяет на этапе обоснования главных размерений предусмотреть необходимый уровень остойчивости судна не только при небольших наклонениях, но и при крене на большие углы, характеризующие безопасность судна с точки зрения потери остойчивости. Однако, несмотря на это каждое судно при его проектировании проверяется на достаточность остойчивости на больших углах крена. Такая проверка для судов внутреннего плавания выполняется в соответствии с требованиями Российского Речного Регистра. Принцип нормирования остойчивости состоит в том, что остойчивость считается достаточной, если при действии на судно внешнего кренящего момента судно получит крен, не превышающий допустимой величины, регламентируемой Регистром. Правила рассматривают наиболее опасные внешние нагрузки и, прежде всего, от динамического давления ветра. В этой связи в Правилах Регистра все суда независимо от типа и назначения проверяются с точки зрения остойчивости по, так называемому, основному критерию. В соответствии с ним судно проверяется на способность выдерживать шквалистый ветер, от действия которого оно не должно перевернуться либо накрениться на угол, когда внутрь корпуса или надстроек (рубок) будет поступать вода через открытые отверстия. Другими словами в данном случае уровень остойчивости оценивается с точки зрения безопасности судна, поэтому такая проверка и называется основным критерием.

Кроме безопасности плавания при ветре Правилами Речного Регистра регламентируется уровень остойчивости при действии кренящих моментов, специфичных для отдельных типов судов. Например, для пассажирских судов рассматриваются кренящие моменты от скопления пассажиров у одного борта, для буксирных судов – от воздействия буксирного каната и т.д. при этом нормируются допустимые углы крена, не только исходя из безопасности плавания, но и из условий обеспечения нормальных условий эксплуатации. В Правилах Речного Регистра это нормирование называется проверкой остойчивости по дополнительным требованиям.

Наряду со сказанным выше Регистр еще нормирует определенный уровень запаса остойчивости, выдвигая требование к минимальному значению начальной метацентрической высоты. У судов классов «М» и выше дополнительно регламентируются параметры диаграммы плеч статической остойчивости (минимальные значения максимального плеча и угол заката).

Таким образом, судно в соответствии с Правилами Речного Регистра признается остойчивым, если оно при всех состояниях, оговоренных Регистром нагрузки, удовлетворяет основному критерию остойчивости, дополнительным требованиям и требованию к начальной остойчивости. Суть основного критерия была раскрыта ранее. Приведем содержание дополнительных требований к остойчивости основных типов судов. К пассажирским судам в Правилах Речного Регистра предъявляются три дополнительных требования:

1. Судно должно быть остойчивым при скоплении пассажиров у одного борта, т.е. в этом случае судно не должно получить угол крена больше угла входа кромки палубы в воду или 0,8 от угла заливания (что больше), но не более 10° для судов длиной более 30 м.

2. Остойчивость должна быть достаточной в эволюционный период циркуляции с учетом наличия начального угла крена от скопления пассажиров у одного борта. За предельно допустимый угол крена в этом случае принимается угол входа палубы в воду или угол, определенный по ватерлинии, проходящий на 75 мм ниже кромки отверстий, считающихся открытыми, смотря по тому, какой из этих углов меньше.

3. Остойчивость пассажирских судов, у которых центр парусности расположен выше 2 м над уровнем действующей ватерлинии, должна быть достаточной при совместном действии момента от скопления пассажиров у одного борта и момента от статического действия ветра. Предельно допустимый угол крена при этом определяется так же, как и в первом требовании, но при этом он не ограничивается 10°.

Грузовые суда внутреннего плавания имеют два дополнительных требования к остойчивости:

1. Остойчивость грузовых судов, у которых центр парусности расположен выше 2 м над уровнем действующей ватерлинии, должна быть достаточной при статическом действии ветра. Допустимый угол крена в этом случае принимается равным 0,8 угла заливания или углу входа кромки палубы в оду, в зависимости от того, который меньше.

2. Для всех грузовых судов, у которых выполняется условие

> 0,735 кВт/м³,

где N – мощность энергетической установки, кВт; V – объемное водоизмещение судна, м³, остойчивость должна быть достаточной в эволюционный период циркуляции. Предельный угол крена в этом случае принимается таким же, как и во втором дополнительном требовании к пассажирским судам.

К буксирным судам Регистр предъявляет три дополнительных требования:

1. Остойчивость буксирных судов должна быть достаточной при статическом воздействии на него буксирного каната. Допустимый угол крена при этом принимается равным 0,8 угла заливания или углу входа кромки палубы в воду, смотря по тому, что меньше.

2. Буксирные суда, у которых Z _г > 1,27 Z_g (где Z _г – аппликата буксирного гака, Z_g – аппликата центра тяжести судна), должны быть остойчивы при динамическом воздействии буксирного каната. Допустимый крен при этом ограничивается углом заливания или углом опрокидывания – что меньше.

3. Остойчивость должна быть достаточной в эволюционный период циркуляции при ходе буксира без состава. Допустимый крен в этом случае принимается таким же, как и при проверке остойчивости на циркуляции пассажирских судов.

Реализация принципа нормирования остойчивости – недопустимости крена от соответствующих внешних кренящих моментов больше нормируемых (допустимых) углов q _доп достигается путем сопоставления величин кренящего момента М _кр с моментом, который нужен для наклонения судна на допустимый угол q _доп. При этом данный кренящий момент по аналогии с допустимым углом крена называется допустимым моментом М _доп. Он зависит от состояния нагрузки судна, его геометрических параметров и определяются с использованием диаграмм плеч статической и динамической остойчивости. Таким образом, сама проверка остойчивости по основному критерию либо по соответствующим дополнительным требованиям сводится к оценке справедливости неравенства

М _кр £ М _доп.

Величина кренящего момента притом для соответствующего вида проверки остойчивости определяется по методике Регистра. Суть ее сводится к определению внешней силы, прикладываемой к судну и ее плеча. Так, например, момент, кренящий от ветра, определяется как произведение силы давления ветра на отстояние ее от силы сопротивления движению судна лагом (боком). При этом сила ветра находится как произведение величины ветрового давления на площадь парусности судна. Под последней понимается площадь надводной части корпуса судна, его надстроек, рубок, мачт, палубного груза, фальшбортов и т.д. на диаметральную плоскость. Формула Регистра для определения кренящего момента от динамического действия ветра имеет вид

М _кр = 0,001 Р_g S Z,

где Р_g – расчетное условное динамическое давление ветра, принимается по таблице Правил Регистра в зависимости от класса судна и аппликаты его центра парусности; S – площадь парусности; Z – приведенное плечо кренящего момента.

В заключение отметим, что во многом, по общей идее, имеет место аналогичный подход при проверке остойчивости по Правилам других классификационных обществ, например по Правилам Морского Регистра Судоходства России.

К судам смешанного (река-море) плавания Правила Регистра предъявляют более высокие требования. В частности, например, для них в большей степени обеспечивается запас остойчивости, путем соответствующего нормирования параметров диаграмм плеч статической остойчивости. Для грузовых судов, чтобы исключить возможность смещения груза при качке, регламентируется величина ускорения. Суда смешанного плавания, совершающие международные рейсы, в части остойчивости должны соответствовать требованиям Международного кодекса по остойчивости, уровень которых «заложен» в Правилах Морского Регистра Судоходства России.

 

 

6. Обеспечение требований к непотопляемости

И наводному борту