Диаграмма динамической остойчивости

На практике часто на судно действует внезапно возникший динамический момент (шквал ветра, удар волны, лопнувший буксир и т. п.). Судно при этом получает динамический угол крена, хотя и кратковременный, но значительно превышающий крен, который мог бы возникнуть при статическом действии этого же момента.

Представим, что к судну, находящемуся в нормальном (прямом) положении внезапно приложен кренящий момент М_кр, под действием которого судно начнет крениться с постоянно нарастающей скоростью (с ускорением), т. к. в начальный период восстанавливающий момент М_в будет нарастать значительно медленнее М_кр. После достижения судном угла статического равновесия θ_ст, т. е. когда М_кр = М_в, угловая скорость максимальна. Судно по инерции продолжает крениться, но уже с убывающей угловой скоростью (замедлением). Объясняется это тем, что М_в становится больше, чем М_кр.

В какой-то момент угловая скорость становится равной 0, накренение судна прекращается (судно «замрет» в нижней точке крена) и угол крена достигает своего максимума. Этот угол называется углом динамического крена θ_дин. Затем судно начнет возвращаться в первоначальное положение.

Под динамическим кренящим моментом, который обычно называют опрокидывающим моментом, понимают величину максимально приложенного к судну момента, которую оно может выдержать не опрокидываясь.

Динамической остойчивостью называют способность судна выдерживать динамическое воздействие кренящего момента.

Относительной мерой динамической остойчивости является плечо динамической остойчивостиl_дин.

Кривую, выражающую зависимость работы восстанавливающего момента или плеча динамической остойчивости от угла крена, называют диаграммой динамической остойчивости (ДДО).

Графическое изображение диаграммы динамической остойчивости по отношению к диаграмме статической остойчивости дано на рис. 9.5., из которого видно, что:

- точки пересечения диаграммы статической остойчивости с осью абсцисс отвечают точкам Ои Dэкстремума диаграммы динамической остойчивости;

- точка Амаксимума диаграммы статической остойчивости соответствует точке перегиба Сдиаграммы динамической остойчивости;

- любая ордината диаграммы динамической остойчивости, отвечающая некоторому углу кренаθ, представляет в масштабе соответствующую этому углу крена площадь диаграммы статической остойчивости (заштрихована на рисунке).

Рис. 9.5. Диаграммы статической и динамической остойчивости

Обычно в судовых условиях строят диаграмму динамической остойчивости по известной диаграмме статической остойчивости, схема вычислений плеч динамической остойчивости приведена в табл. 9.1:

Рис. 9.6. Диаграмма динамической остойчивости

При построении диаграммы динамической остойчивости (рис. 9.6.) по результатам вышеприведенной таблицы динамический кренящий момент принимают постоянным по углам крена. Следовательно, его работа находится в линейной зависимости от угла θ, а график произведения f(θ) = 1_кр*θ изобразится на диаграмме динамической остойчивости прямой наклонной линией, проходящей через начало координат. Для ее построения достаточно провести вертикаль через точку, отвечающую крену в 1 радиан и отложить на этой вертикали заданное плечо 1_кр. Прямая, соединяющая таким образом точку Е с началом координат О представит искомый график f(θ) =1_кр*θ , т. е. график работы кренящего момента, отнесенный к силе веса судна Р. Эта прямая пересечет диаграмму динамической остойчивости в точках А и В. Абсцисса точки Аопределяет угол динамического крена θ, при котором имеет равенство работ кренящего и восстанавливающего моментов. Точка В практического значения не имеет.

Если построенный таким образом график произведения l_кр*θ вообще не пересекает диаграмму динамической остойчивости, то это означает, что судно опрокидывается.

Для нахождения опрокидывающего момента, который еще может выдержать судно не опрокидываясь, следует провести из начала координат касательную к диаграмме динамической остойчивости до пересечения ее в точке D с вертикалью, соответствующей крену в 1 радиан. Отрезок этой вертикали от оси абсцисс до пересечения ее с касательной дает плечо опрокидывающего момента l_опр, а сам момент определится умножением плеча l_опрна силу веса судна Р. Точка касания С определит предельный угол динамического крена θ_{дин.преп.}

КРИТЕРИИ ОСТОЙЧИВОСТИ

Правила Регистра ввели следующие критерии остойчивости для всех транспортных судов длиной 20 м и более:

1) критерий погоды Кдолжен быть более или равен единице, т. е. отношение опрокидывающего момента М_опр к моменту кренящему М_кр больше или равно 1;

2) максимальное плечо диаграммы статической остойчивостидолжно быть не менее 0,25 м для судов длиной L < 80 м и не менее 0,20 м для судов длиной L > 105 м при угле крена θ > 30°. Для промежуточных длин судна величина l_max определяется линейной интерполяцией;

3) угол крена, при котором плечо остойчивости достигает максимума, должен быть не менее 30°;

4) угол заката диаграммы статической остойчивостидолжен быть не менее 60°;

5) начальная метацентрическая высота h при всех вариантах нагрузки, за исключением судна порожнем, должна быть положительной. Случай отрицательной h для варианта нагрузки «судно порожнем» является в каждом случае предметом специального рассмотрения Регистром;

6) критерий ускорения К*должен быть не менее единицы. Критерий ускорения рассчитывается при вариантах сложной загрузки судна, либо при частичной или полной загрузке трюмов грузами с малым удельным погрузочным объемом (свинец и т. п.).

Порядок расчета критериев остойчивости приведен в «Правила классификации и постройки морских судов». Том.1, часть IV «Остойчивость».

Для судов, плавающих в зимнее время в зимних сезонных зонах, помимо основных вариантов нагрузки, должна быть проверена остойчивость с учетом обледенения. При расчете обледенения следует учитывать изменения водоизмещения, возвышения центра тяжести и площади парусности от обледенения. Расчет в отношении остойчивости при обледенении должен проводиться для наихудшего, в отношении остойчивости расчетного варианта нагрузки. Масса льда при проверке остойчивости для случая обледенения засчитывается в перегрузку и не включается в состав дедвейта судна.

Массу льда на квадратный метр площади общей горизонтальной проекции открытых палуб следует принимать, согласно требований Регистра, равной 30 кг. В общую горизонтальную проекцию палуб должна входить сумма горизонтальных проекций всех открытых палуб и переходов независимо от наличия над ними навесов. Момент по высоте от этой нагрузки определяется по возвышению центра тяжести соответствующих участков палубы и переходов.

Массу льда на квадратный метр парусности следует принимать равной 15 кг.

3. Ситуация пересечения курсов. Правило № 15 МППСС-72 и его применение совместно с Правилом № 7 и № 16.