Принципы составления «Информации об остойчивости». Диаграммы предельных моментов и предельных возвышений ЦТ. Универсальная диаграмма остойчивости

Практика мореплавания показывает, что любое судно, обладающее достаточным запасом остойчивости, может опрокинуться в результате неумелых действий судоводителей. Существует множество примеров, когда неправильная загрузка, балластировка или управление судном, не имевшим конструктивных дефектов, приводили к авариям вследствие потери остойчивости. Поэтому необходимо, чтобы требования Норм остойчивости соблюдались не только в процессе проектирования и постройки судна, но и в процессе его эксплуатации. Естественно, что во всех существующих Правилах по обеспечению остойчивости, в том числе в Международной Конвенции по охране человеческой жизни на море и в рассмотренных нами Правилах Морского Регистра России и в “Кодексе” ИМО предусматривается составление Информации об остойчивости для плавсостава и снабжение ею капитанов судов.

Информация об остойчивости разрабатывается проектантом судна и должна быть одобрена органом технического надзора и классификации страны (в России — Российским морским регистром судоходства). Несмотря на разнообразие возможных форм представления данных об остойчивости, Информация должна базироваться на единых принципах и содержать следующие основные разделы.

1. Общие данные по судну.

2. Характеристику остойчивости судна и рекомендации по ее поддержанию. В этой характеристике следует указать район плавания судна, а для судов ограниченного плавания конкретные ограничения по району, сезону плавания и погоде. Рекомендуется указать норматив (например, максимальное плечо статической остойчивости), определяющий допустимую по требованиям Правил остойчивость судна и соответствующие ему опасные ситуации (например, движение на попутном волнении). Желательно указать также нормативы, по которым судно обладает значительным запасом остойчивости.

3. Для конкретных типов судов с устойчивым режимом эксплуатации реко-мендуется дать, по мере возможности, наглядные указания о предельно допускаемых случаях нагрузки в зависимости от количества запасов (например, допустимую высоту каравана однородного лесного палубного груза у лесовозов при полной загрузке трюмов, допустимое количество рыбы на палубе промыслового судна и т. п.). Должны быть даны указания по приему и расходованию жидких грузов в соответствии с принятым способом учета влияния их свободных поверхностей. Желательно привести характерные для данного судна рекомендации по его эксплуатации (например, указания по перевозке навалочных грузов, по борьбе с опасным обледенением, маневрированию, буксировке, по переходу или перегону через район с более тяжелыми условиями плавания, чем это предусмотрено Правилами и др.). Однако не следует загромождать эту часть Информации общеизвестными положениями морской практики.

4. Данные об остойчивости по типовым случаям нагрузки. В эти сведения, помимо обязательных расчетных вариантов, предусмотренных Правилами [16], рекомендуется включать также ряд не предусмотренных Правилами, но характерных для эксплуатации данного судна случаев нагрузки. Данные по типовым случаям рекомендуется приводить в форме расчетных бланков, совпадающих с формами для самостоятельной расчетной оценки остойчивости, приведенными в разделе 3 Информации. На расчетном бланке рекомендуется привести схему размещения на судне грузов и запасов с указанием данных об его осадке, расчетные таблицы с подсчетом нагрузки масс, учетом влияния свободных поверхностей жидкости и сопоставлением вычисленных характеристик остойчивости с требуемой Правилами, а также диаграмму статической остойчивости с указанием начальной метацентрической высоты. Данные по типовым случаям нагрузки желательно сопроводить кратким пояснительным текстом.

5. Сведения и материалы для самостоятельной расчетной оценки остойчивости судна и сопоставления ее с допускаемой Правилами. Эти материалы должны обеспечить капитану возможность с минимальной затратой времени достаточно точно определить, удовлетворяет ли остойчивость судна при нетиповом случае нагрузки требованиям Правил [16]. Для этого в Информации рекомендуется привести диаграмму максимальных предельно допускаемых статических моментов нагрузки масс судна в зависимости от водоизмещения, дедвейта или осадки, при которых удовлетворяются все требования Правил к остойчивости судна, или соответствующую наглядную расчетную таблицу.

Характерная диаграмма допускаемых статических моментов для лесовоза приведена на рис. 4.8. По ее вертикальной шкале отложены значения статического момента относительно горизонтальной плоскости, расположенной на расстоянии z₀ от основной. В данном частном случае, для которого построена диаграмма, аппликата z₀ = 5,2 м. По нижней горизонтальной шкале отложена сила тяжести D, а по верхней — средняя осадка T_ср. На поле диаграммы нанесены кривые постоянных значений начальной метацентрической высоты h₀ и жирными линиями — кривые предельно допускаемых статических моментов M_z, на которых нанесены значения минимально допустимых метацентрических высот. Нижняя сплошная жирная линия определяет предельную кривую для судна без лесного груза на палубе, верхняя — с лесным палубным грузом. Пунктирная кривая в зоне малых и средних водоизмещений является предельной кривой для судна в условиях обледенения. При больших водоизмещениях предельными являются одни и те же кривые независимо от обледенения.

Рис. 4.8. Диаграмма допустимых статических моментов

Чтобы оценить остойчивость судна, на диаграмму нужно нанести точку, соответствующую силе тяжести D для рассматриваемого случая нагрузки и статическому моменту, исправленному на влияние свободных поверхностей жидких грузов

, (4.9)

где — поправка, вычисляемая в соответствии с указаниями раздела I Правил [16] и Инструкцией по учету влияния свободных поверхностей жидких грузов на остойчивость судна. Если полученная точка будет лежать ниже соответствующей кривой предельно допускаемого момента (с лесом на палубе или без него), то остойчивость судна отвечает всем требованиям норм. В противном случае остойчивость следует считать недостаточной и необходимо принять меры к ее улучшению, например, перераспределить грузы по высоте так, чтобы снизился ЦТ судна.

При оценке остойчивости вместо диаграммы предельно допускаемых стати-ческих моментов может быть использована диаграмма предельно допускаемых ЦТ, на которой по вертикальной шкале откладываются значения аппликаты z_g ЦТ судна. Однако эта диаграмма менее удобна для практического использования, так как поправки на влияние свободных поверхностей вычислять в ней сложнее: они зависят от водоизмещения судна.

Для сокращения счетной работы капитана в Информацию рекомендуется включать таблицу нагрузки масс и координат ЦТ судна без груза с различным количеством запасов. Материалы части 5 должны также содержать необходимые методические указания по проведению расчетов; при этом в качестве примеров рекомендуется использовать расчетные бланки для типовых случаев нагрузки. Кроме того, для уточненного определения показателей остойчивости и посадки при необычных случаях за грузки судна, когда его остойчивость оказывается на пределе, могут быть использованы следующие материалы.

А. Универсальная диаграмма остойчивости. Для ее построения плечо статической остойчивости представляется в виде

. (4.10)

Здесь — плечо, определяемое выражением (2.14а) — метацентрической формулой остойчивости;

, (4.11)

где и — текущие координаты ЦВ; z_m — аппликата поперечного метацентра при данном водоизмещении V в начальном положении судна.

Рис. 4.9. Универсальная диаграмма остойчивости

Задавшись некоторым частным значением (например, м) по формуле (4.10) вычисляют плечи статической остойчивости для ряда значений водоизмещения V. Затем, используя синусоидальную шкалу абсцисс для углов крена , строят кривые плеч статической остойчивости ; каждая из этих кривых соответствует своему значению D (рис. 4.9). Наконец, для ряда заданных значений h₀ (например, от 0 до 1,5 м) по формуле

(4.12)

вычисляют поправки к плечам статической остойчивости, учитывающие отличие конкретного значения метацентрической высоты от наперед заданного (в нашем случае от h₀ = 1 м) и строят их на этой же диаграмме. Благодаря синусоидальной шкале абсцисс зависимости представляют собой прямые, проходящие через начало координат. Это значительно упрощает вид универсальной диаграммы остойчивости и ее использование. При заданных D и h₀ плечо статической остойчивости определяют по диаграмме как разность ординат кривых и (с учетом знака).

Б. Сводная диаграмма нормативных показателей остойчивости — диаграмму статических моментов с нанесенными на ней семействами кривых постоянных значений важнейших показателей остойчивости: максимальных плеч диаграммы статической остойчивости, углов ее максимума и заката, критерия погоды, предельной, выдерживаемой судном, силы ветра и т. д.

В. Диаграмма осадок носом и кормой, построенная в координатах водоизмещения (или дедвейта) и статического момента весовой нагрузки судна по длине (см. 1.12).

Г. Кривая, таблица или шкала для определения остойчивости судна по периоду качки с указаниями по измерению периода качки, позволяющие приближенно определить начальную метацентрическую высоту опытным путем.

Д. Схема расположения открытых отверстий и график (или таблица) углов заливания в зависимости от водоизмещения, дедвейта или осадки судна.

Отдельные положения “Инструктивных указаний” [16] уточнены и детализированы в “Бюллетене” [19].

Материалы, содержащиеся в Информации об остойчивости, должны основываться на результатах опыта кренования судна, описываемого в следующем параграфе.