А) Определение нормируемых Регистром судоходства и Кодексом ИМО параметров остойчивости

Требования к остойчивости неповрежденных судов Международной Морской Организации (IMO) содержатся в Code on Intact Stability for All Types of Ships Covered by IMO Instruments (Кодекс остойчивости ИМО) и определяют предельные значения следующих параметров для судов всех типов:

ü критерий погоды;

ü угол крена от действия постоянного ветра;

ü наибольшее плечо и угол максимума диаграммы статической остойчивости;

ü площади диаграммы статической остойчивости до углов крена 30, 40° (или угла заливания, если он меньше) и между 30 и 40° (или углом заливания);

ü исправленную начальную метацентрическую высоту.

Для проверки остойчивости по требованиям Кодекса выполняем расчеты нормируемых параметров.

Значения нормируемых Кодексом остойчивости величин приведены в табл. 5.16.

Проверка остойчивости судна по критерию погоды выполняется с помощью ДСО, построенной для принятого варианта нагрузки (рис. 5.5).

На рис. 5.5:

θ ₁– угол крена судна при качке навстречу шквалу от исходного положения;

θ _1r – угол условной амплитуды бортовой качки судна на волнении;

θ _{w 2}– угол крена судна, равный 50⁰, или θ _f, или θ _с (берется меньшее значение);

θ _{w 1}– угол крена, вызванный постоянным ветром;

θ _f – угол заливания (угол крена судна, при котором входят в воду открытые отверстия на корпусе);

θ _с – угол, соответствующий второй от посадки прямо точке пересечения кренящего плеча l _w2 с диаграммой статической остойчивости.

l_wl – плечо постоянного кренящего момента, вызванного постоянным ветром;

l_w2 – плечодинамически действующего на судно момента от порыва ветра.

Рис. 5.5 Проверка остойчивости судна по критерию погоды.

Считается, что судно находится под действием ветра постоянной скорости, направленного перпендикулярно к его диаметральной плоскости. На судно будет действовать постоянный кренящий момент от ветра.

1) Определяем плечо l_wl (м) постоянного кренящего момента:

l_w1 =(Z_р + d/2) A_v·P_v / Δ ∙ 1000g = (7, 76+5, 95/2)1646, 7*504/11018, 013*1000*9, 81 = 0, 082 (м);

где Z_р, м – возвышение центра парусности над действующей ватерлинией, соответствующей осадке d;

A_v, м²– площадь парусности т/х при осадке d;

P_v, Па – расчетное давление ветра, которое принимается в зависимости от района плавания (для неограниченного района плавания P_v= 504 Па);

Δ – водоизмещение судна при заданном варианте загрузки;

g – ускорение свободного падения принимается равным 9, 81 м/с².

Величины Z_p (м) и A_v (м²) рассчитываем по формулам:

Z_p =[A_v0· Z_p0 – (A_v0 – δ A/2)(d – d₀)]/ (A_v0 – δ A) = (2040*8, 84-(2040-393, 3/2)2, 85)/1646, 7 = 7, 76 (м);

δ A= L· (d – d₀) = 138*2, 85 = 393, 3 (м²);

A_v= A_v0 – δ A= 2040-393, 3 = 1646, 7 (м²);

где d₀ – средняя осадка порожнего судна (d₀ = 3, 1 м для т/х «Вячеслав Шишков»);

Z_р0 – возвышение парусности порожнего судна над действующей ватерлинией (Z_р0= 8, 84 м для т/х «Вячеслав Шишков»);

L – длина действующей ватерлинии (для т/х «Вячеслав Шишков» принимается равной 138 м).

2) Определяем статический угол крена θ _w1, вызванный постоянным ветром. Для этого на ДСО откладываем плечо постоянного кренящего моментаl_wl и проводим горизонтальную линию. Точка пересечения этой линии с кривой l(θ)дает статический угол крена, вызванный постоянным ветром:

θ _w1⁰ = 7°.

Угол крена от постоянного ветра θ _W1 не должен превышать 16º или 0, 8 угла, при котором входит в воду кромка открытой палубы θ _d (а при перевозке контейнеров – больше 0, 5 того же угла).

Определяем угол входа палубы в воду:

θ _d = arctg[2(D–d)/B] = arctg(2(12-5, 95)/20, 6) = arctg 0, 5874 = 30, 43 ⁰;

где D – высота борта, м;

d – средняя осадка судна, м;

B – ширина судна по ватерлинии, м.

Проверяем выполнение требования .

3) Определяем плечо l_w2 динамически действующего на судно момента от порыва ветра:

l_w2 = 1, 5·l_w1= 1, 5*0, 082 = 0, 123 м.

Полученное плечо откладывается на ДСО и проводится горизонтальная линия.

4) Определяем условную амплитуду бортовой качки судна θ _1r. Для судна со скуловыми килями:

= 109*0, 97*0, 8*0, 97 = 15, 35⁰.

Входящие в вышеприведенную зависимость коэффициенты определяются из табл. 5.12-5.15.

Множитель X₁ определяют из табл. 5.12 по отношению ширины судна к его осадке

В / d = 20, 6/5, 95 = 3, 46; X₁= 0, 8.

Таблица 5.12

Множитель X₁

МножительX₂ = 097, определяют из табл. 5.13 по значению коэффициента общей полноты δ.

Таблица 5.13

Множитель X₂

Коэффициент общей полноты δ определяется по зависимости:

δ = Δ /ρ LBd = 11018/1, 025*138*20, 6*5, 95 = 0, 636;

где L – длина судна, м;

В – ширина судна, м;

Δ – водоизмещение судна при заданном варианте загрузки, т;

ρ – плотность забортной воды, т/м³;

d – осадка судна, м.

Таблица 5.14

Коэффициент k

Величину k = 0, 97, выбирают из табл. 5.14 по величине {А_k / LB} × 100 =,

где А_k =36, 0 м² для т/х «Вячеслав Шишков»;

Параметр r определяется по формуле:

r = 0, 73+[0, 6(z_g – d)/d]= 0, 73+(0, 6(7, 89-5, 95)/5, 95) = 0, 926.

Значение r не должно приниматься больше 1

Безразмерный множительS = 0, 038, определяется по табл. 5.15 в зависимости от района плавания судна и периода качки τ _θ , который рассчитывается по формуле:

τ _θ = 2сВ/ = 2*0.394*20.6/ = 19.83;

гдес = 0, 373+0, 023 В/d − 0, 043 L/100 = 0.373+0.023*20.6/5.95-0.043*138/100 = 0.394;

h– исправленная метацентрическая высота (с поправкой на свободные поверхности жидких грузов).

Таблица 5.15

Множитель S

Полученное значение угла θ _1r откладываем на ДСО влево от угла θ _w1, и проводим вертикальную линию от кривой l(θ) до горизонтальной линии плеча l_w2.

5) Вычисляем и сравниваем площади а и b, заштрихованные на рис. 5.5.

Площадь b ограничена кривой l(θ) восстанавливающих плеч, горизонтальной прямой, соответствующей кренящему плечу l_w2, и углом крена θ _w2 = 50°, либо углом заливания θ _f, либо углом крена θ _С, соответствующим точке второго пересечения прямой l_w2 с кривой восстанавливающих плеч, в зависимости от того, какой из этих углов меньше.

Площадь а ограничена кривой восстанавливающих плеч, прямой l_w2 и углом крена, равным θ _w1 − θ _1r.

Определяем величины площадей а и b. С погрешностью в безопасную сторону по форме их можно принять за треугольники:

а=[0, 5· (θ ₁ – θ ₂)· l₁]/57, 3°= 0.5*17*0.205/57.3 = 0.03 м· рад;

b=[0, 5· (50° – θ ₂)· l₂]/57, 3°= 0.5*40.6*(1.6-0.123)/57.3 = 0.52 м· рад;

6) Определяем значение критерия погоды (критерия сильного ветра и бортовой качки по Кодексу ИМО):

К = b/а = 0.52/0.03 = 17.33.

Остойчивость судна по критерию погоды К = 17.33считается достаточной, т.к. К ≥ 1.

Результаты расчета критерия погоды сводятся в табл. 5.16.

Таблица 5.16

Расчет критерия погоды

Наименование величин	Обозначение и формулы	Значение величин
Возвышение ЦП, м	zv = z р + d/2	23.086
Кренящее плечо постоянного ветра, м	lw1 =zv· Av· Pv / Δ ∙ 1000g	0.082
Кренящее плечо порыва ветра, м	lw2= 1, 5∙ lw1	0.123
Инерционный коэффициент	с=0, 373+0, 023∙ B/d–0, 043∙ L/100	0.394
Период качки, с	τ θ = 2∙ c∙ B/	19.83
Коэффициент S	S (из табл. Кодекса)	0.038
Коэффициент r	r = 0, 73+0, 6(zg–d)/d	0.926
Амплитуда качки, град	θ 1r = 109∙ k∙ X1∙ X2∙	15.35
Угол крена от постоянного ветра, град	θ w1 (по ДСО)
Угол входа палубы в воду, град	θ d = arctg(2(D–d)/B)	30.42
Угол крена при качке навстречу ветру, 0	θ 1= θ 1r – θ w1	8.35
Угол крена соотв. плечу lw2, град	θ 2 (по ДСО)
Граница площади «b» справа	θ w2
Площадь «а» диаграммы, м·рад	а= 0, 5∙ [θ 1 +θ 2]∙ l1 / 57, 30	0.03
Площадь «b» диаграммы, м·рад	b=0, 5∙ [500 − θ 2]∙ l2 / 57, 30	0.52
Критерий погоды	K = b/a	17.33