Аварийная остойчивость. Спрямление судна

1. Аварийная остойчивость. Спрямление судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Аварийная остойчивость.
Спрямление судна
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
1

2. Категории затапливаемых отсеков

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Категории затапливаемых отсеков
Отсек 1 категорииПолностью затопленный
Отсек 2 категории –
Частично затопленный,
не сообщающийся с
забортной водой
Отсек 3 категории –
Сообщающийся с
забортной водой
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
2

3. Коэффициенты проницаемости

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Коэффициенты проницаемости
• Коэффициент проницаемости – это отношение
фактически влившегося объёма воды к
теоретическому объёму или фактической
площади свободной поверхности к
теоретической.
• При расчётах обычно принимают
коэффициенты проницаемости,
рекомендованные Регистром.
• Например, для цистерн и междудонных
пространств m =0.98, для машинных отделений
m=0.85, для загруженных трюмов m =0.60 и т.д.
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
3

4. Методы расчёта непотопляемости

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Методы расчёта непотопляемости
• Метод приёма груза
(метод переменного
водоизмещения)
• Метод исключения
(метод постоянного
водоизмещения)
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
4

5. Метод приёма груза

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
Метод приёма груза
-Maritime Education & Training
• 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»
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
5

6. Метод исключения

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Метод исключения
• К объёму жидкости v в
повреждённом отсеке приложены
сила тяжести p и равная ей, но
противоположно направленная,
сила поддержания gv.
• 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.
Цуренко Ю.И.
gv
p
Теория корабля/ Ship Propulsion
6

7. Метод исключения

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
Метод исключения
-Maritime Education & Training
• 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.
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
7

8. Методы расчёта непотопляемости

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
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.
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
8

9. Методы расчёта непотопляемости

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
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.
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
9

10. Методы расчёта непотопляемости

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
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
Цуренко Ю.И.
(D+p)h1=Dh2,
D
h1 =
h2 .
D p
D p
h2 =
h1
D
Теория корабля/ Ship Propulsion
10

11.

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
Цуренко Ю.И.
-Maritime Education & Training
Теория корабля/ Ship Propulsion
11

12. В качестве критерия, характеризующего возможную гибель судна, когда необходимо спасать людей, не заботясь о спасении судна,

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
В качестве критерия, характеризующего возможную
гибель судна, когда необходимо спасать людей, не заботясь
о спасении судна, принято одно из следующих состояний:
безусловное затопление одного из опасных отверстий, через
которое вода может распространяться по судну за
пределами района повреждения и привести к потере запаса
плавучести и (или) остойчивости;
протяженность положительной части диаграммы
статической остойчивости аварийного судна менее 7
градусов;
наибольшее плечо диаграммы остойчивости менее 0,05 м;
площадь диаграммы менее 0,18 м·градус;
угол крена больше 40 градусов
(исходя из невозможности работы аварийной партии).
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
12

13. Поведение аварийного судна в штормовом море

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Поведение аварийного судна в
штормовом море
• Наблюдение за поведением моделей повреждённых
судов и процессом их опрокидывания позволило
сделать ряд важных 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.
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
13

14. Поведение аварийного судна в штормовом море

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
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!
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
14

15. Поведение аварийного судна в штормовом море

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
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),.
Цуренко Ю.И.
l
Пробоина на :
ТВ Подветр Наветр. Подветр.
Zg 7.36
8.26
7.34
lкр
20
40
80
Ветнр 9 баллов
Ветер 9 баллов
Волнение 6 баллов
Волнение 6 баллов
• кроме максимального
плеча диаграммы
статической
остойчивости
Теория корабля/ Ship Propulsion
15

16. Поведение аварийного судна в штормовом море

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Поведение аварийного судна в
штормовом море
• Именно максимальное плечо ДСО
является наиболее важной практической
характеристикой остойчивости
аварийного судна
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
16

17. Поведение аварийного судна в штормовом море

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
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»!
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
17

18. Поведение аварийного судна в штормовом море

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
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 m.
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
18

19. Спрямление судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
Спрямление судна
-Maritime Education & Training
• 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 поразному.
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
19

20. Спрямление судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
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.
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
20

21. Спрямление судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
Спрямление судна
-Maritime Education & Training
• 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-нибудь. Чтобы спрямить судно, надо к нему
приложить такой же по величине кренящий
момент, но действующий в противоположную
сторону (спрямляющий момент).
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
21

22. Спрямление судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Спрямление судна
l , м
l , м
lкр=0,15 м, lсп=0,0 м
0.4
0.4
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0
-20 -10 0
-0.1
10
20
30
40
50
60
l , м
70
80
-20
o
-0.2
-20
lкр=0,15 м, lсп=0,05 cos м
-10
0
-0.1
l , м
0.4
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0
-0.2
Цуренко Ю.И.
20
30
40
50
60
70
o
30
40
50
60
80
-20
70
80
o
lкр=0,15 м, lсп=0,15 cos м
0.4
10
20
-0.2
lкр=0,15 м, lсп=0,10 cos м
-10
0
-0.1
10
-10
0
-0.1
-0.2
10
20
30
40
50
60
70
80
o
Теория корабля/ Ship Propulsion
22

23. Спрямление судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Спрямление судна
• Рассмотрим 2-й случай, когда
затопление симметричное,
но начальная
метацентрическая высота
меньше нуля
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
23

24. Спрямление судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Спрямление судна
• Если к судну приложить
некоторый спрямляющий
момент Мсп , то угол
крена уменьшится с o до
1.
• При дальнейшем
увеличении
спрямляющего момента
наступит такое
положение, когда этот
момент станет равен
минимальному
восстанавливающему
моменту или чуть-чуть
превысит его.
Цуренко Ю.И.
M
Мсп
M Мсп
M
h>0
3
2
1
o
Мсп
ho<0
Мсп
M
Теория корабля/ Ship Propulsion
24

25. Спрямление судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Спрямление судна
• Это произойдёт при угле
крена примерно o/2. В этот
момент начнётся
переваливание судна на
противоположный борт.
• Таким образом, приложением
спрямляющего момента крен
допускается уменьшать
примерно до угла o/2.
динам ическ ий
Переваливание будет происходить с ускорением, судно наберёт некоторую
инерцию и не остановится в положении статического равновесия на левом
борту ст, а будет крениться до угла крена дин, 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 ст, если до этого не опрокинется в
первом размахе.
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
25

26. Спрямление судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
Спрямление судна
-Maritime Education & Training
• 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).
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
26

27. Спрямление судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Спрямление судна
l , м
l , м
Zg=7.50 м
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0 0
-30 -20 -10 0 10 20
0
30 40
50 60
-0.1
l , м
-30
70 80 -30 -20 -10 0
o
-0.1
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0
-0.1
0
10
20
30
40
50
-0.027
60 70
o
80
-30
20
30
40
50
60 70 80
-0.077 o
Zg=7.35 м
0.3
-20 -10
10
l , м
Zg=7.40 м
Цуренко Ю.И.
Zg=7.45 м
-20 -10
-0.1
0.023
0
10
20
30
40
50
60
70
80
o
Теория корабля/ Ship Propulsion
27

28. Спрямление судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Спрямление судна
• Третий случай может рассматриваться как
комбинация двух первых.
Судно имеет несимметричное
затопление и отрицательную
начальную остойчивость
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
28

29. Спрямление судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Спрямление судна
• В нём можно ещё
l , м
выделить варианты:
0,3
0,2
• как при Zg=7.55 м; судно
0,1
стоит с креном примерно
27о на левый борт;
0
0
-0,1
• как при Zg=7.65 м; судно -30 -20 -10
стоит с креном примерно
-0,2
38о на правый борт;
l , м
0,3
• как при Zg=7.55 м;
возможно только одно
0,2
положение равновесия с
0,1
креном примерно 32о на
0
-30 -20 -10 0
правый борт
-0,1
-0,2
Цуренко Ю.И.
l , м
Zg=7.65 м
0,3
Zg=7.55 м
0,2
0,1
o
o
0
-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
10 20 30 40 50 60 70 80
-0,1
-0,2
Zg=7.45 м
l , м
0,3
Zg=7.35 м
0,2
o
0,1
o
0
10 20 30 40 50 60 70 80 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
-0,1
-0,2
Теория корабля/ Ship Propulsion
29

30. Спрямление судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
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 Сos ).
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Propulsion
30

31. Благодарю за внимание!

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
-Maritime Education & Training
Благодарю за внимание!
• Конец
Цуренко Ю.И.
E-mail:
Теория корабля/ Ship Propulsion
31