Критерии остойчивости морского судна:
Метацентрическая высота судна оценивается на начальных этапах его проектирования с использованием следующих методов:
- Эмпирические формулы: на основе результатов экспериментов, проведенных с различными типами корпусов кораблей, был разработан ряд эмпирических формул, которые помогают морским инженерам приблизиться к ожидаемому значению метацентрической высоты на основе основных размерных параметров, таких как длина, ширина и осадка судеа. Хотя результаты, полученные с помощью этих эмпирических формул, не всегда точны, они используются для получения приблизительного значения, что является необходимостью, поскольку проектирование судна или корабля представляет собой итеративный процесс с замкнутым контуром.
- Первоначальные гидростатические расчеты: после проектирования корпуса на основе результатов, полученных по эмпирическим формулам, необходимо рассчитать метацентрическую высоту, используя значения других гидростатических характеристик. Формула, используемая на этом этапе – GM=KB+BM-KG
Цель расчета GM на этом этапе проектирования состоит в том, чтобы сравнить его со значением, полученным из эмпирических формул, и принять решение о необходимости итераций при проектировании корпуса. Для обычных конструкций процентная разница между ними будет в пределах 2-3 процентов. Однако в случае новых конструкций значения, полученные на этом этапе, являются исключительно надежными, а не значениями, полученными в результате эмпирических расчетов.
Для оценки остойчивости судна используется ряд критериев, основанных на форме и характере кривой остойчивости судна. Помните, что, поскольку речь идет об остойчивости неповрежденного судна, мы сосредоточимся только на критериях такого судна, т.е. для оценки точки, в которой судно становится неустойчивым, значения некоторых параметров будут получены из кривой остойчивости, относящейся к наименее благоприятному состоянию загрузки.
Вот некоторые особенности кривых, о которых мы говорим:
- Установившийся угол крена при любом кренящем моменте (ветровые моменты, моменты смещения зерна и т.д.) Этот угол показан на рисунке – в точке пересечения кривой крена и кривой статической остойчивости. Этот угол играет важную роль не только в определении безопасности экипажа и груза на борту, но также помогает определить угол, под которым край палубы судна может погрузиться под воду. Другими словами, это помогает нам оценить устойчивость судна к опрокидыванию при заданных условиях загрузки.
- Диапазон положительной остойчивости для каждого режима нагрузки. Важно знать этот параметр, потому что он дает нам угол, на который может накрениться корабль, прежде чем опрокинуться.
- Величина кренящего момента относительно восстанавливающего плеча для каждого условия нагрузки. Имеющаяся разница между восстанавливающим и кренящим плечом дает нам допустимый запас на дальнейшие опрокидывающие силы (ветер, волны и т. д.) до достижения судном отрицательной остойчивости.
Критерии остойчивости морского судна
Некоторые критерии, используемые для оценки остойчивости судна, также основаны на динамической остойчивости судна. Для любого заданного угла крена динамическая остойчивость является мерой работы, проделанной для очень медленного кренования на этот угол при сохранении постоянного водоизмещения. Это измеряется площадью под кривой статической остойчивости до этого угла, как показано на рисунке ниже, где область, заштрихованная серым цветом, представляет собой динамическую остойчивость судна при крене 30 градусов.
Таким образом, если для каждого угла крена построить площадь под кривой статической устойчивости до этого угла, получится кривая динамической остойчивости,
Что касается критерия динамической остойчивости, то нас больше интересует оценка остаточной динамической остойчивости судна или корабля в следующих условиях:
- Перемещение груза внутри судна.
- Наличие ветровых кренящих моментов.
- Волнообразные действия.
- Подъем веса через одну сторону.
Во всех четырех вышеприведенных случаях возникает кренящий момент, который можно нанести на график. Площадь между кривой кренящего момента и кривой восстанавливающего момента (кривая статической устойчивости) представляет собой остаточную динамическую остойчивость. Это значение оценивается для каждого состояния нагрузки и сопоставляется с критериями, установленными руководящими органами.
Существуют различные международные и национальные руководящие органы и Администрации, которые установили набор критериев для обеспечения адекватной остойчивости судов. Некоторые из них:
- Международная морская организация (ИМО)
- Береговая охрана США (USCG)
- Американское бюро судоходства (ABS)
Наше внимание будет сосредоточено на критериях, установленных для торговых судов, курсирующих в национальных и международных водах. Эти критерии установлены Международной морской организацией (ИМО) в Кодексе ИМО об остойчивости неповрежденных судов для торговых судов. Этот код определяет формулы, которые используются для расчета:
- Кренящий момент из-за ветра и качки.
- Кренящий момент из-за смещения зерна или сухого груза.
- Кренящий момент из-за скопления пассажиров с одной стороны.
- Крен из-за поворота на высокой скорости.
Критерии остойчивости морского судна
Приведенные выше четыре параметра используются для построения кривых кренящего плеча для каждого условия. Значения GM рассчитываются путем проведения расчетов устойчивости для каждого режима нагрузки с учетом уменьшения метацентрической высоты из-за эффекта свободной поверхности. Все результаты нанесены на кривую остойчивости. Значения, полученные из кривой, должны соответствовать следующим критериям остойчивости для всех торговых судов:
- Площадь под кривой GZ должна быть не менее:
– При крене до 30 градусов: 0,055 метро-радиан
– При крене до 40 градусов 0.09 метро-радиан
– При крене от 30 до 40 градусов: 0.03 метро-радиан - Восстанавливающее плечо (GZ) должно быть больше 0,20 метра при крене в 30 и более градусов.
- Максимальное восстанавливающее плечо должно происходить под углом более 30 градусов.
- Минимальная метацентрическая высота должна быть 0,15 метра.
Также, существует такое понятие, как критерий погоды – отношение опрокидывающего момента к моменту кренящему , которое должно иметь значение >= 1.
Критерии остойчивости морского судна