История создания норм остойчивости судов

Цель нормирования остойчивости заключается в обеспечении безопасной эксплуатации судов и прежде всего в предотвращении опрокидывания. Для достижения этой цели необходимо рассчитать характерные параметры остойчивости в неблагоприятных условиях плавания судна и сопоставить их с допустимыми значениями, гарантирующими безаварийную эксплуатацию.

После того как характеристики остойчивости судна с учетом неблагоприятных факторов, в частности, влияния волнения, жидких и сыпучих грузов, рассчитаны, перед проектантом или судоводителем встает вопрос; достаточны ли эти характеристики для безопасной эксплуатации судна и, прежде всего, для предотвращения опрокидывания? Чтобы ответить на этот вопрос, обращаются к нормам остойчивости — своду установленных законодательным путем правил, в которых указаны нижние пределы важнейших характеристик остойчивости судов, в должной мере обеспечивающих безопасность эксплуатации.

Нормирование остойчивости является сложным процессом, включающим решение ряда задач, далеко выходящих за рамки курса статики корабля. К ним, в частности, относятся: выявление неблагоприятных режимов плавания судна и выбор характерных параметров ветра и волнения, встречающихся ему в штормовую погоду; определение усилий, действующих на суда со стороны водно-воздушной среды, прежде всего аэро- и гидродинамических сил и моментов; расчет элементов движения судна под действием внешних сил, наиболее важным из которых является максимальный угол крена; установление предельно допустимых параметров остойчивости судов определенного типа или флота в целом, обеспечивающих безопасность эксплуатации в отношении остойчивости.

Перечисление этих задач показывает, что нормирование остойчивости связано с использованием гидрометеорологических сведений, методов гидромеханики и теории корабля, а также с анализом опыта эксплуатации судов, особенно данных аварийной статистики. Неудивительно, что этот сложный процесс имеет почти вековую историю и продолжается в настоящее время.

В нормировании остойчивости можно выделить, разумеется, с некоторой долей условности, три основных этапа. Вначале отдельные специалисты разрабатывали предложения, регламентировавшие некоторые характеристики остойчивости, но не имевшие силы закона. Первым из них, по-видимому, является предложение или, как говорят, критерий остойчивости А. Денни (1887 г.), который, основываясь на опыте постройки и эксплуатации судов, считал, что пароход должен иметь метацентрическую высоту не менее 0,244 м и плечи статической остойчивости при углах крена 30 и 45° также не менее 0,244 м. Однако непосредственная связь нормируемых параметров остойчивости с характерис-тиками действующих на судно внешних сил в этом предложении отсутствовала.

Такая связь появилась в работах 20-х гг. нашего века, посвященных нормированию начальной остойчивости (В.Л. Поздюнина, Т. Андерсона, С. Хольта, Нидермайера). В простейшей форме это выражалось в учете статического действия кренящего момента, создаваемого давлением ветра определенной силы и сопротивлением воды боковому дрейфу судна. Влияние волнения отражалось в этих работах косвенным путем: предлагалось поперечную метацентрическую высоту выбирать такой, чтобы не возникал резонанс бортовой качки на волнах, характерных для района плавания судна.

Совокупность наиболее часто встречающихся внешних факторов, влияющих на остойчивость судна в опасных условиях плавания, была впервые рассмотрена при нормировании остойчивости С.Н. Благовещенским (1932 г.). Кренящий момент, способный вызвать опасный статический крен судна, представлялся в виде суммы статически приложенных моментов от действия ветра, установившейся циркуляции — разворота судна, скопления пассажиров на одном борту и несимметрии весовой нагрузки относительно ДП. Для каждого из этих моментов приводились простые расчетные формулы. Кренящее действие волн учитывалось, как и в предыдущих работах, лишь косвенно, путем ограничения суммарного угла крена, включая амплитуду качки, углом максимума диаграммы остойчивости.

Ясно, что в штормовых условиях плавания динамическое действие главного кренящего фактора — ветра, — как правило, опаснее, чем статическое. Поэтому следующим значительным шагом в нормировании остойчивости следует считать предложение Л.М. Ногида (1934 г.) оценивать остойчивость по предельному, динамически приложенному давлению ветра, которое было выдвинуто в связи с обеспечением остойчивости рыболовных траулеров.

Существенный вклад в теорию и практику нормирования остойчивости внес Я. Рахола (1939 г.), предложивший два подхода к установлению норм. Для судов, плавающих во внутренних водоемах, где влияние на остойчивость наименее изученного в предвоенные годы фактора — морского волнения — не имеет решающего значения, при оценке остойчивости рекомендуется сопоставлять работу восстанавливающего момента с работой расчетного кренящего момента от перемещения пассажиров к борту и с суммарной работой кренящих моментов от давления ветра и от установившейся циркуляции. Для судов морского и океанского плавания, попадающих в самые разнообразные гидрометео-рологические условия, когда достоверный расчет кренящих моментов крайне затруднителен, задачу определения минимально допустимых характеристик остойчивости предлагалось решать путем анализа статистических данных об остойчивости судов, успешно эксплуатировавшихся, и судов, потерпевших аварию вследствие недостаточной остойчивости. В результате минимально допустимые плечи статической остойчивости оказались равными 0,14, 0,20 и 0,20 м для углов крена, равных соответственно 20, 30 и 40°. Соединив полученные точки плавной кривой, Я. Рахола построил минимальную диаграмму остойчивости, которая нашла широкое практическое применение.

Предложения отдельных специалистов были использованы и на втором этапе нормирования остойчивости судов, в послевоенные годы, когда в ряде стран и, прежде всего, в Советском Союзе начались работы по установлению государственных правил обеспечения остойчивости. По результатам выпол-ненных исследований и обобщения опыта эксплуатации судов, в основном данных аварийной статистики, Морским Регистром СССР — организацией, регламентирующей технические вопросы безопасности плавания, в 1948 г. были выпущены первые в истории гражданского судостроения и судоходства официальные нормы остойчивости морских судов, которые после существенной переработки были вновь изданы в 1959 г., а затем по мере усовершенствования периодически переиздавались, включая издание 1999 г. [12], [20].

Несколько позднее официальные нормы остойчивости появились и за границей — в США (1952 г.), ГДР (1953 г.), ПНР (1957 г.), Японии (1958 г.), Югославии, Китае, Франции, Голландии. В ряде стран, где отсутствовали санкционированные правительством нормы, широко использовали критерии остойчивости, предложенные отдельными специалистами или заимствованные из зарубежных правил. Таким образом, идея нормирования остойчивости получила в пятидесятые годы международное признание.

Это привело к возникновению третьего этапа в процессе нормирования остойчивости — разработке международных стандартов остойчивости морских судов. В 1960 г. на Конференции по охране человеческой жизни на море советская делегация выступила с предложением создать международные нормы остойчивости. Для их разработки при Подкомитете по подразделению на отсеки и остойчивости Межправительственной Морской Организации (ИМО) была образована специальная рабочая группа, в которую вошли и советские эксперты.

Большая работа, проведенная этой группой и Подкомитетом при активном участии экспертов разных стран, позволила в 1967 г. предложить упрощенные рекомендации по обеспечению остойчивости рыболовных, грузовых и пассажирских судов длиной менее 100 м — судов, наиболее опасных, как показывает аварийная статистика, в отношении опрокидывания. Эти критерии ИМО регламентировали начальную остойчивость и характерные параметры статической и динамической остойчивости на больших углах крена [14]. В последующие годы на основе исследований остойчивости и качки судов на волнении в ИМО проведена работа по установлению физического критерия остойчивости, учитывающего одновременное действие на судно ветра и волн, о котором пойдет речь ниже.

Наряду с подготовкой стандартов остойчивости для ИМО велась и другая работа по международным правилам — согласованным правилам классификаций и постройки судов стран — членов Совета Экономической Взаимопомощи (СЭВ).

Нормы остойчивости вошли в них составной частью и разрабатывались на базе действовавших тогда Норм остойчивости морских судов Регистра СССР [3]. В соответствии с национальным опытом постройки и эксплуатации судов в них были введены так называемые национальные отклонения, которые разрешали органам технического надзора и классификации стран — членов СЭВ допускать отдельные отступления от общих правил, принятых в 1970 г. Поскольку нормы Регистра являлись технической основой обеспечения остойчивости подавляющего большинства отечественных судов, плавающих под российским флагом и в настоящее время, остановимся на содержании этих норм подробнее.