Проблема нормування остійності морських суден
5 (100%) 1 голос [ів]
Необхідність забезпечення безпеки мореплавання суден призвело людство до створення нормативних матеріалів, що підпорядковують всі сфери діяльності кораблебудівників і мореплавців - від проектування судна до його експлуатації - певним нормативам і регламентація. Різні держави йшли в напрямку вирішення питань безпеки своїми шляхами. Однак, в кінці ХХ століття з'явилася необхідність координації діяльності різних держав в цій галузі і намітилася тенденція до створення єдиних нормативів і розрахункових методик для всього світового флоту.
В першу чергу, це стосувалося забезпечення безпеки шляхом суворого контролю характеристик остійності, оскільки саме недостатність остійності обумовлює аварійність флоту, пов'язану з людськими жертвами. Раціональне, обгрунтоване розрахунками, проектування суден не могло повністю вирішити цю проблему.
Проектант не в змозі повністю захистити екіпажі суден (і пасажирів) від можливості перекидання судна, оскільки велика частка відповідальності лягає на судноводіїв та визначається його грамотними і обґрунтованими діями по завантаженню судна, її контролю і керування судном у штормових умовах.
Починаючи з 50-х років ХХ століття в класифікаційних суспільствах різних держав, в тому числі в Регістрі СРСР, стали розробляти розрахункові методики контролю завантаження і остійності морських суден. В результаті до кінця ХХ століття існувало кілька різних підходів до оцінки остійності, які, кожен окремо, забезпечував певний рівень безпеки суден від перекидання, але які неможливо було порівняти один з одним через відмінності підходів, реалізованих в різних країнах.
У нашій країні питаннями розробки нормативної бази остійності морських суден на замовлення Регістру СРСР займався проф. С.Н.Благовещенскій. Їм було запропоновано ідейні основи наукового підходу, який розвивався під керівництвом Регістру суднобудівними організаціями та установами морського транспорту.
В якості розрахункової ситуації, покладеної в основу вітчизняного підходу в нормуванні характеристик остійності, була обрана наступна:
Необхідно перед початком завантаження судна виконати контрольний розрахунок остійності в майбутньому рейсі для двох станів його завантаження - на момент початку рейсу з повними запасами (100% запасів) і на закінчення рейсу з незмінним кількістю вантажу, але з залишком запасів в розмірі 10% початкової їх кількості .
Більшість контрольованих характеристик остійності відноситься до діаграми статичної остійності для цих двох випадків завантаження судна в планованому рейсі.
До них відносяться:
- початкова поперечна метацентрическая висота, виправлена на вплив вільних поверхонь запасів і рідких вантажів. h0іспр≥0;
- максимальне плече ДЗГ lm має бути не менше 0,20 м (для суден довжиною понад 105 м) і не менше 0,25 м (для суден довжиною менше 80 м). Для судів, довжина яких 80 <L <105 м, граничне значення lm визначається лінійною інтерполяцією між зазначеними величинами;
- кут максимуму ДСО не повинен бути менше 300;
- кут заходу ДЗГ не повинен бути менше 600;
- відношення мінімального перекидаючого моменту Мопр min до динамічного крениться момент від шквалистого вітру Мкр. дин має бути більшим за одиницю. Остання вимога отримало назву «Критерій погоди».
Для ряду спеціалізованих судів (пасажирські судна, лісовози, контейнеровози, суду обмеженого району плавання, буксири, плавкрани, днопоглиблювальні снаряди і т.д.) були розроблені і інші специфічні критерії і відповідні нормативи. Ці відомості викладені в Розділі 2 «Правил класифікації та побудови морських суден» Російського морського Регістру судноплавства, перевидаваних кожні п'ять років.
Критерій погоди для морських судів визначається стосовно ситуації, коли судно, позбавлене ходу і управління, знаходиться на хвилюванні при дії шквалистого вітру в положенні лагом до хвилі. Характеристики вітру, хвилювання і бортовий качки призначаються Регістром конкретно для кожного судна в залежності від дозволеного йому району плавання.
Розрахунок носить умовний характер, і не повинен сприйматися буквально і зв'язуватися з реальними умовами знаходження судна в море. На момент виробництва розрахунку судно ще не завантажено і рейс йому тільки належить. Перебуваючи лагом до хвилювання і вітру, судно відчуває бортову качку з умовною амплітудою θ r (симетрично на правий і лівий борт).
У момент найбільшого накрененія судна на лівий борт на кут θ r раптово впливає шквал з боку лівого борту. Під впливом качки судно перевалюється на правий борт, а шквал сприяє його подальшому нахиленню. У цій ситуації необхідно визначити мінімальний перекидаючий момент Мопр min за допомогою ДДО, яка повинна бути побудована заздалегідь за наявними вже діаграм статичної остійності (ДСО), також для обох станів завантаження судна (100% і 10% запасів).
Отримане значення мінімального перекидаючого моменту (це чисельник в критерії погоди) зіставляється із значенням крениться динамічного моменту від шквалистого вітру, характерного для даного району плавання судна М кр. дин:
М кр. дин = 0,001 рв Fп (Zп - dср) [т · м],
де рв - тиск вітру по Регістру [кг · м-2],
Fп і Zп - відповідно площа бічної парусність і аппликата центру парусності судна, відповідні даної середньої осаді dср. (Zп відраховується від основної площини судна), коефіцієнт 0,001 необхідний для узгодження розмірностей беруть участь величин).
Мінімальний перекидаючий момент Мопр min визначається на ДДО за методикою Регістру судноплавства. Обчислюється умовна амплітуда бортової хитавиці θ r за формулами і таблицями Розділу 2 Правил РС [3]. Ця величина кута крену відкладається на ДДО від початку координат вліво і вправо. Відповідні кутку крену ± θ r точки на ДДО показують той діапазон зміни механічної роботи, яку відновлює момент повинен здійснювати у відповідь на розгойдування судна на хвилях.
Решта поза цього діапазону ділянки ДДО - це той резерв, наявний у судна, який залишається для протидії шквалистим вітром.
З лівої частини ДДО необхідно провести дотичну до ДДО в її праву частину.
Ця дотична є графік роботи, яку здійснюють крениться вітровим моментом, перекидаючим судно.
Тангенс кута нахилу цього графіка (прямий дотичній лінії) до горизонту чисельно дорівнює в масштабі креслення мінімального перекидаючого моменту, який слід використовувати в якості чисельника в вираженні критерію погоди:
Критерій погоди вважається задоволений, якщо його значення за формулою (16) не менше одиниці. Величину Критерію погоди можна трактувати - як якийсь показник запасу динамічної остійності, що є в розпорядженні судно в даному районі плавання, хоча в Правилах Регістру про це не сказано.
Метою даного розрахунку Критерію погоди Кп є підпорядкування остійності судна тим силових дій з боку спільного впливу вітру і качки, з тим, щоб завантаження судна забезпечувала запас остійності для протидії судна морської стихії.
Перекидний момент в даній методиці дійсно виявляється мінімальним (але все ж перекидаючим судно), з трьох можливих варіантів, коли вітер (шквал) діє в момент способу судна на лівий борт (точка А), на правий борт (точка В) або в момент проходження судном вертикального положення (точка θ = 0).
Необхідну величину тангенса кута βопр на Рис.12 можна отримати, якщо від вершини кута βопр відкласти по горизонталі відрізок довжиною 57,30 (1рад) і виміряти вертикальний катет утворився трикутника (між горизонтальною лінією АВ і дотичній АС в масштабі вертикальної осі l дин (м · рад)).
Отриманий відрізок l дин опр перераховується в Мопр min множенням на вагу судна Р:
Мопрmin = Р · l динопрост
Критерій погоди не зміниться, якщо уявити чисельник і знаменник у відносних величинах, розділивши обидва на вагу судна Р:
Величина в знаменнику (18) може бути названа «пліч-о-динамічного крениться моменту», хоча не слід шукати їй будь-якої геометричної інтерпретації.
Міжнародна Морська Організація (ІМО), заснована в 1948 в Лондоні, здійснює діяльність по координації зусиль в частині нормування остійності в різних країнах і по створенню єдиних міжнародних норм по остійності морських суден. В даний час ця діяльність триває, і, хоча такі норми ще знаходяться в стадії розробки, вже діють Тимчасові норми у вигляді Кодексу ІМО по остійності суден 1993 р
Нормативи Тимчасового Кодексу ІМО викладені в Правилах Регістру судноплавства [3], починаючи з видання 1995 року в Додатку до Розділу 2 «Альтернативні вимоги до остійності морських суден». Альтернативний характер вимог ІМО допускає їх використання на розсуд судноплавної компанії поряд з Нормами Російського Регістру судноплавства.
Однак, підхід, що реалізується ІМО в даному питанні, істотно відрізняється від вітчизняного підходу практично за всіма пунктами вимог до остійності. Це принципово інший підхід, як за нормативами, так і за їх вибором і методикою визначення Критерію погоди.
Розглянемо основні вимоги Альтернативного підходу в Правилах РС:
- метацентрическая висота, виправлена на вплив вільних поверхонь, h испр ≥ 0,15 м (крім лісовозів і риболовних суден);
- максимальне плече ДЗГ, lm ≥ 0,20 м;
- кут максимуму ДСО θ m ≥ 300;
- кут заходу ДЗГ θз ≥ 60 0;
Однак, допускається зниження кута заходу θз менше 600, якщо вдасться компенсувати це збільшенням l - на кожен втрачений 10 кута заходу θз додається 0,01 м величини мінімального значення lm понад 0,20 м (до θз> 500).
Також контролюються площі трьох ділянок ДСО:
- площа частини ДСО в межах кутів крену θ = 0 - 300,
S (0 - 300) ≥ 0.055 м · радий;
- площа частини ДСО в межах кутів крену θ = 300 - 400,
S (300 - 400) ≥ 0.030 м · радий;
- площа частини ДСО в межах кутів крену θ = 0 - 400,
S (0 - 400) ≥ 0.090 м · радий;
кут заливання повинен бути не менше кута заходу ДЗГ.
Також контролюється співвідношення між мінімальним перекидаючим моментом при хитавиці і крениться динамічним моментом від шквалу в положенні лагом до хвилі (аналог вітчизняного критерію погоди Кп).
У цьому пункті відмінності підходу ІМО і Регістру проявляються в найбільшою мірою:
- розглядається спільне вплив постійного вітру та шквалистого пориву вітру;
- бортова хитавиця має несиметричний характер і відраховується від кута статичного крену від дії постійного крениться моменту від постійного вітру;
- тиск постійного вітру приймається однаковим для всіх судів рв = 504 Па;
- тиск вітру в шквалі не бере участі в розрахунку, а просто плече крениться моменту від шквалу l кр.дін приймається в півтора рази більше крениться плеча від статичного вітру l кр.ст:
l кр.дін = 1,5 l кр.ст
необхідно домогтися, щоб площа в ділянки ДСО (Рис. 14) виявилася б більше площі а ділянки ДСО між кутом крену θ r лівого борту до кута крену від дії динамічного моменту від шквалу.
Кут статичного крену від дії постійного вітру θо з боку лівого борту отримують на ДСО як абсциссу точки перетину графіка плеча статичної крениться моменту.
де рв = 504 Па, F п і z п - площа парусності і аппликата центру парусності судна.
Обчислення площі в на ДСО здійснюють між точкою перетину горизонтальної лінії l дин = 1,5 l ст і закінчуючи її обчислення або при θ = 500, або в точці перетину ДЗГ з лінією l дин = 1,5 l .ст, дивлячись яка точка виявиться лівіше, щоб отримати запас в безпечну сторону.
Як видно, обидва підходи в контролі остійності відрізняються істотно, і зіставляти їх між собою дуже важко.
У зв'язку з цим в даний час в різних країнах, учасниках ІМО ведеться дослідницька робота, яка називається «гармонізацією вимог до остійності». ІМО виступає в якості координатора цієї важливої роботи. Але поки ці дослідження не будуть завершені, не можуть бути сформульовані Єдині міжнародні вимоги до остійності морських суден.
Необхідно також підкреслити, що діючі в даний час методики контролю остійності морських судів не охоплюють всіх можливих ситуацій перекидання судна.
Таким чином, забезпечення безпеки плавання суден в значній мірі покладено на судноводіїв та залежить від рівня їх компетентності, підготовки і досвіду практичної роботи.