Проектирование судов Теория проектирования (стр. 13 из 14)
2. Верхняя граница остойчивости определяется из условия обеспечения плавности качки при плавании на взволнованном море. Порывистая качка с большими амплитудами и малыми периодами приводит к высоким значениям ускорений, вследствие чего возрастает вероятность смещения груза, ухудшения состояния членов экипажа, повреждению судовых конструкций. Считается, что допустимое значение ускорений не должно превышать 10 % ускорения свободного падения. Зависимость периода качки от относительной метацентрической высоты представлена на рис. 18.
 |
Рис. 18. Зависимость τθ от
и ширины судна Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод о том, что при назначении величины
необходимо стремиться обеспечить достаточную, но не чрезмерную остойчивость судна.Требования Регистра к остойчивости судов
Требования Регистра к остойчивости судов изложены в IV части Правил и делятся на общие, распространяющиеся на все суда, и дополнительные, применительно к судам конкретных типов.
Общие требования сводятся к следующим.
Основное условие достаточной остойчивости сводится к требованию способности судна одновременно противостоять действию динамически приложенного давления ветра и бортовой качки. Проверка данного условия сводится к вычислению критерия погоды К, представляющего собой отношение опрокидывающего момента к моменту кренящему.
.Кренящий момент определяется воздействием динамически приложенного давления ветра на надводную часть судна, считая, что ветер дует перпендикулярно ДП:
,где рв – давление ветра кг/м2, Sп – площадь парусности, м2, zп – возвышение центра парусности над плоскостью действующей ВЛ, м.
Численные значения рв изменяются для судов неограниченного района плавания от 72 до 124 кг/м2 в зависимости от величины zп (считается, что давление ветра нарастает по мере уменьшения тормозящего действия поверхности воды). Для I ограниченного района плавания рв снижается до 0,567 значения этого же параметра неограниченного района плавания. Для II ограниченного района плавания рв учитывается с коэффициентом 0,275. В этих же правилах содержаться указания по учету несплошных конструкций (лееров, вант, ферм и т.п.), конструкций круглого сечения (мачт, труб и т.п.), палубных контейнеров и мелких предметов.
Опрокидывающий момент, представляющий собой максимальный восстанавливающий момент, определяется по диаграмме динамической или статической остойчивости. Влияние качки учитывается предположением, что в момент приложения ветровой нагрузки судно накренено на наветренный борт. Угол крена принимается равным амплитуде качки, определяемый по Правилам, в зависимости от элементов судна.
При определении Моп по диаграмме динамической остойчивости учет накренения от качки учитывается тем, что диаграмма продолжается в область отрицательных углов крена (рис. 19). В этой области откладывается амплитуда качки Θmax, и в точку О1 пересечения диаграммы с вертикальной прямой, соответствующей Θmax переносится начало координат. Затем из О1 проводится касательная к диаграмме, по оси абсцисс откладывается один радиан (точка А). Из А проводится вертикаль до пересечения с касательной. Отрезок АВ соответствует максимальному восстанавливающему моменту.
Правила предписывают принимать во внимание величину угла заливания Θзал, то есть такого угла, при котором происходит заливание водой внутренних помещений судна через отверстия в борту, палубе и надстройках считающихся открытыми согласно Правил Регистра. Диаграмма остойчивости считается действительной только до угла заливания, что приводит к уменьшению значения опрокидывающего момента до величины АВ’ = Мзал (рис. 19).
После определения кренящего и опрокидывающего моментов рассчитывают значение критерия погоды, который должен быть не меньше единицы. Если это требование выполняется, переходят к проверке выполнения других требований:
Рис. 19. Определение опрокидывающего момента
Максимальное плечо диаграммы статической остойчивости должно быть не менее 0,25 м для судов длиной L £ 80 м и не менее 0,20 м для судов длиной L ³ 105 м. Для промежуточных длин применяется линейная интерполяция. Угол крена соответствующий максимальному значению плеча статической остойчивости должен быть не менее 30о. Угол заката диаграммы должен быть не менее 60о (рис. 20);
Рис. 20. Нормируемые параметры диаграммы статической
остойчивости
- Начальная метацентрическая высота при всех вариантах нагрузки должна быть положительной.
При определении параметров остойчивости судна необходимо учитывать влияние на остойчивость свободных поверхностей жидкости в цистернах, а также возможность обледенения. Проверка остойчивости по критерию погоды должна осуществляться для наихудшего варианта нагрузки.
Дополнительные требования к остойчивости дифференцированы по типам судов. По отношению к сухогрузным судам и танкерам оговорены следующие варианты нагрузки для которых необходимо проверка остойчивости:
- судно в полном грузу, с полными запасами и без балласта;
- судно, как в первом варианте, но с 10 % запасов и, если необходимо с жидким балластом;
- судно без груза, с полными запасами и, если необходимо с жидким балластом;
- судно, как в третьем варианте, но с 10 % запасов и, если необходимо с жидким балластом;
Для судов перевозящих палубный груз Регистр, как минимум, требует проверку остойчивости еще для двух вариантов нагрузки:
- судно с заполненными однородным грузом трюмами и твиндеками, с грузом на палубе и полными запасами при осадке по грузовую марку и если необходимо с жидким балластом;
- судно, как в предыдущем варианте, но с 10 % запасов и, если необходимо с жидким балластом;
Особые требования предъявляются к остойчивости судов перевозящих лесной палубный груз – начальная метацентрическая высота таких судов должна быть не менее 0,10 м, с учетом возможности намокания и обледенения палубного груза.
При частичном заполнении трюмов тяжелыми грузами (руда, слитки металла и т.п.) при осадке по грузовую марку необходимо проверять остойчивость по критерию ускорений. Расчетные вертикальные ускорения аz должны быть не должны превышать 0,3 ускорение свободного падения.
Для буксиров проверяется остойчивость при рывке буксирного троса. У пассажирских судов проверяется угол крена от скопления пассажиров на одном борту (Θпас ≤ 10о) и угол крена от совместного действия кренящих моментов на циркуляции и скопления пассажиров на одном борту (Θц ≤ 12о). У контейнеровозов – угол крена, возникающий под действием ветра и на циркуляции. В обоих случаях он не должен превышать 15о. Начальная метацентрическая высота при перевозке контейнеров должна быть не менее 0,20 м.
Рекомендации по назначению
Для большинства сухогрузных судов при проектировании рекомендуется удерживать относительную метацентрическую высоту в пределах
= 0,03 – 0,04. Считается, что при этих значениях обеспечивается безопасность плавания, благоприятные параметры качки и выполнение требований Регистра к остойчивости. Указанные пределы характерны для судна в полном грузу. По мере расходования топлива из низкорасположенных цистерн двойного дна ЦТ судна будет подниматься. При этом метацентрическая высота постепенно уменьшается и к концу рейса может опуститься до значения = 0,01 – 0,02.При
≤ 0,02 инерционные силы при качке весьма незначительны, но в то же время, остойчивость судна будет недостаточной. Крен на циркуляции на полном ходу может достигать 15 – 18о, что заставляет снижать скорость или уменьшать угол перекладки руля.При
= 0,07 – 0,09 качка судна будет довольно порывистой, силы инерции возрастают до 15 – 20 % массы груза. Наконец при > 0,11 возникающие ускорения достигают 50 % массы груза, что может привести к обрыву найтовов, удерживающих груз. Условия работы экипажа становятся практически невыносимыми.Рекомендованные выше значения относительной метацентрической высоты относятся к достаточно крупным судам. Для более мелких судов характерны повышенные значения
. Это связано с тем, что восстанавливающий момент пропорционален водоизмещению, а кренящий (например от действия ветра) пропорционален водоизмещению в степени меньшей единицы. Таким образом при уменьшении размеров судна изменение восстанавливающего момента будет большим, чем кренящего. Поэтому для небольших судов считается необходимым поддерживать более высокие значения . Для таких типов судов, как ледоколы, танкеры, рудовозы и лесовозы характерные значения отличаются от сухогрузных судов.