Задача обеспечения остойчивости

Задача проектного обеспечения остойчивости формулируется так:

«Каким должно быть судно, имеющее определённые параметры остойчивости?»

Что значит: «Каким должно быть судно»?

Это означает, что:

1. Проектант должен определить величины, характеризующие параметры формы корпуса судна, влияющие на остойчивость: главные размерения (В, Т, Н), коэффициенты полноты (общей полноты – δ, полноты площади ватерлинии – α, полноты площади мидель-шпангоута - β) и другие особенности, например, форму шпангоутов.

2. Проектант должен обеспечить необходимую аппликату центра масс судна z_g путём выбора определенных архитектурных решений, включая размеры и форму различных отсеков, форму и размеры надстроек и рубок, схему расположения судовых запасов, груза и балласта.

Что значит: «Определённые параметры остойчивости»?

Это означает, что проектант должен обеспечить достижение таких величин, характеризующих остойчивость – начальной поперечной метацентрической высоты – h и формы и площади диаграммы статической остойчивости, которые:

1.Обеспечат судну безопасные условия эксплуатации, регламентирующиеся национальными (в России - Российский морской регистр судоходства) и международными (Международная конвенция по охране человеческой жизни на море и другие) правилами, то есть – некоторый минимум этих параметров остойчивости, который называется «нижний предел остойчивости».

2. Обеспечат судну благоприятные условия эксплуатации на взволнованном море.

Благоприятные условия эксплуатации с точки зрения поперечной остойчивости означают, что судно будет испытывать умеренную (не слишком большую) качку, затрудняющую эксплуатацию. Остойчивость, при которой качка судна приближается к чрезмерной, называется «верхний предел остойчивости».

Для спроектированного судна «определённые параметры остойчивости», то есть – оптимальная совокупность начальной поперечной метацентрической высоты и формы диаграммы статической остойчивости -должны находиться между нижним и верхним пределами остойчивости.

Способность судна сопротивляться бортовым наклонениям определяется его остойчивостью. При малых наклонениях эта способность определяется поперечной метацентрической высотой. При больших наклонениях – площадью и формой диаграммы статической остойчивости.

С малыми наклонениями (2 ÷ 5⁰) судно встречается постоянно при обычных условиях эксплуатации. Значительные наклонения могут возникнуть при экстремальных ситуациях, угрожающих безопасности судна.

Хотя параметр начальной остойчивости – поперечная метацентрическая высота h – оказывает значительное влияние на остойчивость на больших углах крена, задача проектанта разделяется на две:

- необходимо обеспечить надлежащую начальную остойчивость;

- необходимо обеспечить надлежащую остойчивость на больших углах крена.

Первая задача играет большую роль в обеспечении как безопасности судна (нижний предел остойчивости), так в обеспечении благоприятных условий эксплуатации (верхний предел остойчивости).

Вторая задача связана с безопасностью судна – способностью судна противостоять опрокидыванию под воздействием внешних кренящих моментов.

Численной мерой начальной остойчивости является поперечная метацентрическая высота h.

Величина поперечной метацентрической высоты рассчитывается по формуле, известной из курса теории корабля

h = z_c + r – z_g,

где: z_c – аппликата центра величины, r – начальный поперечный метацентрический радиус – величины, зависящие от формы корпуса судна;

z_g – аппликата цента масс судна, зависящая от распределения масс, составляющих нагрузку, по высоте судна.

Нижний предел остойчивости определяется минимумом h_min, верхний предел остойчивости – максимумом h_max.

Как это следует из рассмотрения формулы, величина h зависит формы подводной части судна (z_c и r) и распределения масс по высоте судна (z_g). При одной и той же форме подводной части судна величины h_min и h_max будут определяться распределением масс по высоте судна.

Распределение масс по высоте судна проектант может изменять в определенных пределах.

На этапе выбора главных размерений судна теоретический чертёж, с помощью которого можно точно рассчитать все параметры формы корпуса, влияющие на остойчивость, еще отсутствует. Однако имеются достаточно точные способы приближённого описания формы корпуса судна, находящегося в прямом положении (без крена). Поэтому задача обеспечения начальной остойчивости может решаться уже на этапе выбора основных элементов судна.

Значительно труднее решается вторая задача – обеспечение остойчивости на больших углах крена.

Остойчивость судна, наклонённого на большие углы крена, описывается диаграммой статической остойчивости. Форма диаграммы статической остойчивости зависит от геометрии корпуса судна, включая и величину его надводного борта, а также от аппликаты цента масс z_g.