Аварийная остойчивость. Спрямление судна

Категории затапливаемых отсеков
Отсек 1 категории
Отсек 2 категории
Отсек 3 категории

Коэффициенты проницаемости
Коэффициент проницаемости – это отношение фактически влившегося объёма воды к теоретическому объёму.
При расчётах обычно принимают коэффициенты проницаемости, рекомендованные Регистром.
Например, для цистерн и междудонных пространств μ =0.98, для машинных отделений μ=0.85, для загруженных трюмов μ =0.60 и т.д.

Методы расчёта непотопляемости
Метод приёма груза (метод переменного водоизмещения)
Метод исключения (метод постоянного водоизмещения)

Метод приёма груза
Воду, влившуюся в повреждённый отсек, можно рассматривать как груз, принятый на судно. Этот груз можно считать твёрдым, если это отсек 1-й категории, и необходимо считать жидким (т.е. учитывать влияние свободной поверхности), если это отсек 2-й или 3-й категории. Тогда изменение посадки и остойчивости можно считать по формулам раздела «Влияние приёма груза на остойчивость»

Метод исключения
К объёму жидкости v в повреждённом отсеке приложены сила тяжести p и равная ей, но противоположно направленная, сила поддержания γv.
Они проходят через центр тяжести затопленного отсека и взаимно уравновешиваются. Следовательно, они могут быть исключены из рассмотрения, как и объём затопленного отсека может быть исключён из объёма погруженной части судна.

Метод исключения
Мы пренебрегаем также силой тяжести обшивки в пределах затопленного отсека. Объёмное водоизмещение судна, его вес, масса, координаты центра тяжести (центра масс) останутся постоянными, но форма погруженной части, координаты центра величины – изменятся.

Методы расчёта непотопляемости
Расчёт непотопляемости независимо от типа отсека можно производить любым способом. Однако :
способ приёма груза удобнее использовать для отсеков 1-й и 2-й категории,
а способ постоянного водоизмещения - для отсеков 3-й категории.

Методы расчёта непотопляемости
Если сравнить результаты расчёта непотопляемости двумя этими методами, то окажется, что значения реальных физических величин, определяющих положение судна после затопления отсека (таких, как средняя осадка, углы крена и дифферента, восстанавливающие моменты и коэффициенты остойчивости), не зависят от способа расчёта.
Что касается «придуманной» величины - метацентрической высоты (как Вы помните, это расстояние между двумя вымышленными точками - центром тяжести и метацентром), то её значения, найденные двумя разными способами, различны. Также будут различны и плечи ДСО.

Методы расчёта непотопляемости
Из равенства коэффициентов остойчивости, вычисленных двумя различными способами
следует, что метацентрическая высота h1, найденная методом приёма груза (методом переменного водоизмещения), равна
а методом постоянного водоизмещения (методом исключения) равна
(D+p)h1=Dh2,

Поведение аварийного судна в штормовом море
Наблюдение за поведением моделей повреждённых судов и процессом их опрокидывания позволило сделать ряд важных, на наш взгляд, выводов :
Вода, влившаяся в аварийный отсек, очень сильно демпфирует бортовые колебания судна. Ранний вход в воду палубы и фальшборта (из-за уменьшенной высоты надводного борта аварийного судна) ещё более усиливает это демпфирование. Бортовая качка судна весьма незначительна и мало зависит от интенсивности волнения.

Поведение аварийного судна в штормовом море
Начальная метацентрическая высота не играет существенной роли при опрокидывании судна. Однако отрицательная метацентрическая высота и вызванный ею угол крена могут существенно осложнить ведение борьбы за спасание судна!

Поведение аварийного судна в штормовом море
Диаграммы статической остойчивости при критическом возвышении центра тяжести (это центр тяжести, при котором опрокидывалась модель в заданных условиях) существенно отличались друг от друга по всем параметрам
(начальная метацентрическая высота, начальный угол крена из-за отрицательной начальной остойчивости, протяженность диаграммы с положительными плечами),.
кроме максимального плеча диаграммы статической остойчивости

Поведение аварийного судна в штормовом море
Именно максимальное плечо ДСО, по нашему мнению, является наиболее важной практической характеристикой остойчивости аварийного судна

Поведение аварийного судна в штормовом море
Опрокинуть судно через неповреждённый борт гораздо труднее, чем через борт с пробоиной. Это объясняется тем, что при крене на повреждённый борт входит в воду разрушенная палуба переборок, по ней начинает растекаться вода и значительно уменьшаются плечи статической остойчивости.
Так что «подставляй волнам разрушенный борт»!

Поведение аварийного судна в штормовом море
Опрокидывает судно, в основном, ветер, а не волнение.
Опрокидывание всегда происходит по ветру и волнению.
Порывы ветра не оказывают существенного влияния на динамику накренения судна. Более существенно влияет ветер постоянной силы.
Крен судна нарастает постепенно по мере развития дрейфа. Судно совершает небольшие колебания около некоторого «псевдостатического» угла крена (постепенно нарастающего), дрейфует и опрокидывается практически «в статике» при угле крена равном углу максимума диаграммы статической остойчивости θm.

Спрямление судна
Почему у судна бывает крен?
1. Потому что его кто-то кренит.
2. Потому что оно не может стоять прямо (это значит, что прямое положение равновесия у него неустойчивое).
Спрямление судна в первом и во втором случаях производится совершенно по-разному.

Спрямление судна
Поэтому, прежде чем спрямлять судно, надо выяснить, почему у него образовался крен.
Рассмотрим несколько типичных видов диаграммы статической остойчивости судна, сидящего с креном.

Спрямление судна
Рассмотрим 1-й случай, когда крен образовался из-за действия кренящего момента. Как образовался этот момент совершенно неважно: то ли из-за сместившегося груза, то ли из-за несимметричного затопления, то ли еще из-за чего ни будь. Чтобы спрямить судно, надо к нему приложить такой же по величине кренящий момент, но действующий в противоположную сторону (спрямляющий момент).

Спрямление судна

Спрямление судна
Рассмотрим 2-й случай, когда затопление симметричное, но начальная метацентрическая высота меньше нуля

Спрямление судна
Если к судну приложить некоторый спрямляющий момент Мсп , то угол крена уменьшится с θo до θ1.
При дальнейшем увеличении спрямляющего момента наступит такое положение, когда этот момент станет равен минимальному восстанавливающему моменту или чуть-чуть превысит его.

Спрямление судна
Это произойдёт при угле крена примерно θo/2. В этот момент начнётся переваливание судна на противоположный борт.
Таким образом, приложением спрямляющего момента крен допускается уменьшать примерно до угла θo/2.
Переваливание будет происходить с ускорением, судно наберёт некоторую инерцию и не остановится в положении статического равновесия на левом борту θст, а будет крениться до угла крена θдин, пока не погасится вся инерция (на рисунке этот угол соответствует равенству затенённых площадей), затем судно начнёт совершать затухающие колебания и в конце концов станет плавать с углом крена θст, если до этого не опрокинется в первом размахе.

Спрямление судна
Таким образом, крен, вызванный отрицательной начальной остойчивостью нельзя спрямить приложением к судну спрямляющего момента! Спрямить судно в этом случае можно только увеличением его остойчивости (понижением центра тяжести).

Спрямление судна

Спрямление судна
Третий случай может рассматриваться как комбинация двух первых. Судно имеет несимметричное затопление и отрицательную начальную остойчивость

Спрямление судна
В нём можно ещё выделить варианты:
как при Zg=7.65 м; судно стоит с креном примерно 27о на левый борт;
как при Zg=7.65 м; судно стоит с креном примерно 38о на правый борт;
как при Zg=7.55 м; возможно только одно положение равновесия с креном примерно 32о на правый борт

Спрямление судна
Во всех этих случаях вначале надо сделать начальную остойчивость положительной. В нашем примере необходимо центр тяжести судна понизить примерно до Zg=7.35 м. При этом ДСО станет как в первом типовом случае, и теперь крен может быть ликвидирован приложением спрямляющего момента (в данном случае lсп=0,05 Сosθ).