Подготовка судна к плаванию в штормовых условиях

Во время шторма на судно воздействуют ветер и волнение. Ветер вызывает дрейф и крен судна, увеличивает сопротивление движению. Под воздействием сильного ветра суда теряют управляемость и оказываются выброшенными на прибрежные скалы, рифы, мели. Волнение моря вызывает качку, во время которого судно испытывает удары волн, чрезмерные напряжения в корпусе судна, заливание палуб, попадание воды во внутренние помещения. Вызванные качкой инерционные силы являются причиной смещения грузов, сдвига с фундаментов механизмов и судовых устройств. В отдельных случаях бортовая качка приводит к опрокидыванию судов.
Особенно опасным является воздействие на судно ветра и волнения, когда направление накренения судна совпадает с направлением давления ветра на его надводную поверхность. Поэтому к судам предъявляется требование, чтобы при качке динамический кренящий момент от давления ветра Mω не превышал опрокидывающего момента Mt при данном водоизмещении судна, то есть выполнялось условие (критерий погоды):
K=Mt/Mω>l

На транспортных судах это требование обеспечивается путем правильной загрузки и балластировки судна. Момент Mω рассчитывают по методике, изложенной в Правилах Регистра. Для типовых случаев загрузки значения Мω, Mt содержатся в Информации капитану по остойчивости судна. Однако удовлетворение требованиям критерия погоды не уменьшает бортовой качки, не исключает других ее вредных последствий, в том числе опрокидывания судна в условиях особо жестокого шторма.
Не менее опасные последствия имеет килевая качка. При плавании в разрез волне ухудшается гидродинамический режим работы двигателей, возрастают нагрузки на валопровод, существенно снижается скорость, наблюдается слеминг и даже переламывание судов. На попутном волнении не редки случаи потери остойчивости и опрокидывания.
Безопасность плавания в штормовых условиях во многом зависит от искусства судоводителей в управлении судном.
Опрокидывание судна на попутном волнении является результатом воздействия на него волн и ветра в условиях, когда у судна резко уменьшается восстанавливающий момент и оно теряет курсовую устойчивость. Такие условия возникают, когда скорость бега волн близка к скорости судна, а длина судна примерно равна длине волны.
Формула метацентрической высоты при положении судна на гребне волны можно записать в виде:
h = Zc + ρ — Zg,
где h — поперечная метацентрическая высота;
Zc — аппликата центра величины;
ρ — метацентрический радиус;
Zg — аппликата центра тяжести судна.
Из формулы следует, что изменение метацентрической высоты происходит в соответствии с зависимостью:
Δh = ΔZc + Δ ρ — ΔZg,
При статической постановке судна на гребень волны положение центра тяжести не меняется (Zg=0). Приращение аппликаты центра величины ΔZc всегда положительно, так как вышедшие из воды объемы оконечностей судна компенсируются погружением в воду объемов его цилиндрической части (рис. 7). Метацентрический радиус характеризует влияние поперечных размеров судна на метацентрическую высоту и пропорционален моменту инерции площади действующей ватерлинии относительно продольной оси. Как видно из рисунка 7, на гребне волны за счет развала бортов площадь действующей ватерлинии в оконечностях судна сокращается и, следовательно, уменьшается метацентрический радиус. На гребне волны метацентрическая высота уменьшается вплоть до отрицательных значений, и тогда судно теряет начальную остойчивость, а его крен достигает значительной величины. Положение усугубляется еще тем, что с выходом из воды винторулевой группы судно становится неуправляемым. Если в этот момент под влиянием ветра и волнения судно быстро развертывается лагом к волне, то может наступить опрокидывание. Опасность опрокидывания тем вероятнее, чем дольше судно находится в неблагополучных условиях и, следовательно, чем ближе скорость судна к скорости бега волн.

Рис. 7 Схема постановки судна на гребень волны
1- действующая ватерлиния на спокойной воде;
2- действующая ватерлиния на гребне волны.

Это относится и к тем случаям, когда курс судна не располагается под некоторым углом к волне. Установлено, что курсовой угол волны, при котором возможно уменьшение метацентрической высоты, находится в пределах 45°, а опасными размерами волны считаются такие, при которых она располагает свой профиль на 60—80% длины судна.
Внешними признаками ситуации, при которой возможно опрокидывание, являются быстрое нарастание крена на гребне волны (судно теряет опору), глубокие зарыскивания судна и слабая реакция на перекладку руля. Поэтому судоводители должны внимательно следить за поведением судна и при появлении указанных признаков в качестве первой меры предосторожности экстренно снижать скорость.
На рис. 8 представлена диаграмма для выбора скоростей хода и курсовых углов волнения, исключающих постановку судна на волну опасной длины.

Рис.8 Диаграмма опасных скоростей судна и курсовых углов волн на попутном волнении:
φ- курсовой угол направления бега волн;L- судна, м;υ- скорость, уз.

Слеминг — ударные повторяющиеся гидродинамические нагрузки, действующие в носовой части судна в условиях интенсивной килевой качки при плавании навстречу волнению. Различают днищевой слеминг, зависящий от формы поперечных сечений днища судна в носовой части, и бортовой, определяемый развалом бортов в носовом районе палубы.
Днищевой слеминг наблюдается, как правило, у судов в балласте, с большим дифферентом на корму или имеющих полные обводы и плоское днище в носовой части. Бортовой — у судов в грузу и с сильно выраженной килеватостью. Бортовой слеминг не приводит к повреждению обшивки и набора корпуса, но вызывает в корпусе сильные вибрации.
Основной причиной слеминга является совместное действие вертикальной и килевой качки. Наибольший слеминг наблюдается в условиях резонанса, когда частота килевой качки приближается к частоте собственных колебаний судна в продольной плоскости:
λ / L ≈ 1,
где λ — длина волны;
L — длина судна. При λ / L >1,5 и λ / L < 0,75 слеминг практически отсутствует. Начало слеминга определяется также скоростью судна относительно волн. Скорость, при которой при прочих равных условиях слеминг не наблюдается, зависит от высоты волны и отношения λ / L. Чем больше высота волны и чем ближе λ / L к единице, тем в большей мере необходимо снизить скорость судна. Практически допустимой силой ударов при слеминге считается такая сила, при которой удары еще терпимы для экипажа. В противном случае необходимо уменьшить ход или изменить курсовой угол волны. Качка - колебательные движения судна под воздействием внешних сил. На взволнованном море качка происходит под воздействием волн. Возмущающей силой является сила поддержания, направленная перпендикулярно поверхности волнового склона. Если волнение регулярное, возмущающая сила действует на корпус со строгой периодичностью и судно колеблется во всех своих плоскостях с частотой следования волн. Такие колебания называются вынужденными. Они подчиняются закономерности: Ѳ=Ѳm sin(ωt-β), где Ѳm- амплитуда перемещения судна из положения равновесия в одно из крайних положений; β - отставание фазы наклонения судна от фазы волнового склона. Амплитуда колебаний без учета сил сопротивления среды определяется выражением: , где q- коэффициент меньше единицы, учитывающий присоединенные массы воды. Из формулы видно, что крен судна во время качки зависит от отношения T2 / τ и крутизны волны α0. На рис. 9 представлена графическая зависимость относительной амплитуды качки Ѳm/α0 от T2 / τ. Видно, что с приближением периода волны τ к периоду собственных колебаний амплитуда вынужденных колебаний возрастает и при отсутствии сопротивления воды становится бесконечно большой в случае τ=T2 (кривая 1). Это означает, что если бы отсутствовали силы сопротивления воды, то судно непременно бы опрокинулось. Описанное явление называется резонансом. С учетом сопротивления относительная амплитуда при резонансе не обращается в бесконечность, но может достигать значительной величины, опасной для судна (кривая 2). Амплитудная кривая 2 показывает, что особенно резкое увеличение амплитуды происходит при соотношении 0,7 ≤ T2/ τ ≤1,3. Этот диапазон периодов называется зоной усиленной качки. Рис. 9 График относительной амплитуды бортовой качки При изменении соотношения периодов свободных и вынужденных колебаний изменяется не только амплитуда, но и фаза колебаний судна, что сказывается на его поведении на волнении. Рис.10 Бортовая качка на регулярном волнении: а - дорезонансный режим качки (τ>T2); б — качка во время резонанса (τ ≈ T2),
в- послерезонансный период качки τ





Похожие статьи






There is no ads to display, Please add some

Добавить комментарий

Реклама