Теория и устройство судна

Более точно  метацентрическая высота рассчитывается с использованием табл. 3.1. (приложение 14).  По DW выбираем два значения z_m из соседних строк: для меньшего значения дедвейта  DW₁ < DW ─ z_ml и большего DW₂ > DW ─ z_m2  и интерполируем z_m   по формуле:

    z_m  = z_m1+ (z_m2 – z_ml)·(DW-DW₁) /(DW₂– DW₁ ) , м.

    z_m=8.38+(8.40-8.38)(9903.2-9500)/(10000-9500)

z_m=8.39 м;

По формуле  h = z_m – z_G , м    находим h:

где   z_G = M_Z / Δ , м.

h=8.39-7.585                                                                        h=0.805 
 
 
 

3.4. Анализ исходного варианта загрузки судна

Комплексный анализ исходного варианта загрузки судна выполняется по плавучести, начальной остойчивости и общей прочности.

Посадка влияет на мореходные качества судна: заливаемость, остойчивость, управляемость, скорость хода, а также на обеспечение прочности корпуса и избежание слеминга и оголения винта. Согласно “Правилам о грузовой марке морских судов” Регистра, средняя осадка загруженного судна не должна быть больше осадки по грузовую марку, соответствующую времени и району плавания. Необходимо  полученную в расчете среднюю осадку d  сравнить  со средней осадкой по грузовую марку (приложение 1).

8.05<9.47

 Кроме  того, осадка носом должна быть  не менее 0,025 L = 3,45 м для обеспечения безопасности по слемингу.

7.9>3.45

Для обеспечения  наименьшей потери скорости на волнении и предотвращения перегрузки двигателя  из-за оголения гребного винта осадка кормой должна быть не менее 5,55 м.

8.2>5.55

Судно в  полном грузу для обеспечения  наилучших ходовых качеств должно иметь посадку на ровный киль или  с дифферентом на корму не более  0,5 м. Выполнив предварительный расчёт грузового плана было рассчитано, что дифферент на корму равен 0,7. В связи с этим был взят балласт в форпик массою 208,5 т. После этого дифферент на корму стал равен 0,3.

0.3<0.5

 Остойчивость загруженного т/х “Новгород” удовлетворяет требованиям Правил Регистра, предъявляемым к грузовым сухогрузным судам неограниченного района плавания.

Общая оценка удовлетворения Нормам выполняется  путем сравнения исправленной метацентрической высоты h с допустимыми значениями по условиям безопасности плавания h_доп3 и h_доп1.:

    h_доп3 ≥ h ≥ h_доп1,

где h_доп1 − минимально допустимая остойчивость судна;                                                                                         h_доп3 − максимально допустимая остойчивость судна (по нежелательным ускорениям, возникающим при резкой качке с большой амплитудой).

Параметры этого неравенства определяются по диаграмме контроля остойчивости (приложение 12).

2.7>0.7>0

Общая прочность корпуса судна оценивается по “Диаграмме контроля прочности” (приложение 10). Перегиб корпуса находиться между ограничивающими прямыми “Опасно – прогиб в рейсе”, “Опасно – перегиб в рейсе”. 

    3.5.  Построение диаграммы статической остойчивости. 

Диаграмма контроля остойчивости  служит для  определения допустимых значений метацентрической высоты при заданной загрузке судна, удовлетворяющих нормируемым Регистром  характеристикам остойчивости  по:

• критерию погоды;
• максимальному плечу диаграммы статической остойчивости;
• углу заката диаграммы статической остойчивости.

    Диаграмма статической остойчивости представляет собой график плеча статической  остойчивости l в зависимости от угла крена θ  при фиксированных  значениях DW  и h.

Для построения диаграммы статической остойчивости используют универсальную диаграмму статической остойчивости (приложение 13).  

3.5.1.  Определение плеч статической остойчивости судна при его наклонении.

При работе с универсальной диаграммой статической остойчивости в нее входят с величиной поперечной метацентрической высоты с учетом влияния свободной поверхности жидких грузов  h (исправленной МЦВ), откладывая ее значение на правой вертикальной оси диаграммы от нуля. Полученную точку соединяют  с началом координат.  На вертикалях, проведенными через заданные углы q (через 10⁰), измерителем снимают длину отрезков от проведенной наклонной прямой до линии, соответствующей заданному дедвейту судна  DW.  Положение линии заданного дедвейта   DW определяют линейной интерполяцией между ближайшими  линиями DW.

Длина полученных отрезков (l₀, l₁₀,l₂₀,l₃₀, l₄₀,……) в масштабе   вертикальной оси поперечной метацентрической высоты h определяет величину плеч статической остойчивости судна при его наклонении  через каждые 10⁰ от положения равновесия 0⁰. Эти значения заносятся в таблицу 4 и используются для построения ДСО судна при заданной нагрузке.

Таким образом, диаграмма статической остойчивости может быть построена без расчетов, только с использованием измерителя и линейки.

    Таблица 4

 
 
 
 

2. Построение  диаграммы статической остойчивости.

Данные для  построения ДСО берутся из таблицы 4. По вертикальной оси откладывают  значения плеча остойчивости l , а  по горизонтальной – угла крена  θ⁰. Для углов крена ─10⁰ и ─20⁰ откладывают величину    l₁₀  и l₂₀ в сторону   отрицательных значений плеча.

Для проверки правильности  построения ДСО на ней строится проверочный треугольник:

• на горизонтальной оси ДСО откладывается угол θ = 1 рад (57,3°);
• из полученной точки восстанавливается перпендикуляр, на котором откладывается отрезок равный начальной метацентрической высоте h, м;
• полученная на перпендикуляре точка соединяется отрезком с началом координат.

При правильно  построенной диаграмме этот отрезок  должен пройти по касательной в точке 0 к начальному участку диаграммы.

3.5.3. Определяются характеристики ДСО. Оценивается  соответствие ДСО судна при данной нагрузке нормам Регистра и требованию Кодекса остойчивости ИМО.

Требования  к остойчивости судов Регистра Судоходства   содержатся в части IV «Правил классификации  и постройки морских судов», том 1, Санкт-Петербург 2007г. Эти требования соответствуют рекомендациям ИМО по остойчивости для судов, выполняющих международные рейсы.

Требования  к остойчивости неповрежденных судов  Международной Морской Организации (IMO) содержатся в Code on Intact Stability for All Types of Ships Covered by IMO Instruments (Resolution A.749(18)) 1993 года и определяют предельные значения следующих величин для судов всех типов:

• критерий погоды;
• угол крена от действия постоянного ветра;
• наибольшее плечо и угол максимума диаграммы статической остойчивости;
• площадь диаграммы статической остойчивости до углов крена 30°;
• площадь диаграммы статической остойчивости до углов крена 40°;
• площадь диаграммы статической остойчивости между 30° и 40°;
• исправленная начальная метацентрическая высота.

Сравнивая характеристики ДСО с нормативами, делается вывод о соответствии ДСО  требованиям Регистра. 

6. Проверка  остойчивости судна  при заданной загрузке по критерию погоды

Проверка  остойчивости судна по Критерию погоды выполняется с помощью ДСО,  построенной для   принятого  варианта нагрузки

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

 3.6.1.  Определяется плечо l_wl постоянного кренящего момента

    l_wl =( Z_p + d/2)· A_v · P_v  / Δ∙1000g           

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

   A_v , м²– площадь парусности т/х “Новгород”, 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 и A_v рассчитываются по формулам:

Z_p =[A_v0· Z_p0 −( A_v0 ─ δA/2)(d −d₀)]/( A_v0 −δA)

       δA= L(d −d₀)

 A_v = A_v0 − δA.

где  d₀ = 3,1 м – средняя осадка порожнего судна,

        Z_p0 = 8,84 м – возвышение парусности порожнего судна над действующей ватерлинией, для     т/х “Новгород”,

          A_v0 = 2040 м²– площадь парусности судна порожнем, для т/х “Новгород”;

           L – длина действующей ватерлинии, на всем диапазоне изменения осадки принимается приближенно равной 138 м.

δA=138(8.05-3.1)                                                                      δA=683.1 м²;

Z_p=[2040*8.84-(2040-341.55)(8.05-3.1)]/2040-683.1          Z_p=7.09 м;

A_v=2040-683.1                                                                            A_v =1356.9 м²;

l_wl =(7.09+4.02)1356.9*504/15283,2*9810                            l_wl =0.05

2. Отложив на ДСО плечо постоянного кренящего момента l_w1 определяется статический угол крена θ_s , вызванный постоянным ветром.

                                                                                                         θ_s =10⁰

3.6.3.   Определяется плечо l_w2 динамически действующего на судно момента от порыва ветра

l_w2 = 1,5 l_wl

l_w2 =1.5*0.05                                                                                  l_w2 =0.07

3. Определяется условная амплитуда бортовой качки судна:

    θ_2r = 109k X₁X₂

Коэффициенты определяются по таблицам: А-Г

    Множитель X₁    определяют     из таблицы А