Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Постановка задачи исследования.
I. Современное состояние прибрежного рыболовства СРВ. Общая характеристи ка малых рыболовных судов и условия их эксплуатации 10
2. Геометрические характеристики ма лых вьетнамских судов прибрежного рыболовства 13
3. Краткий обзор международной практи ки нормирования остойчивости мало мерных рыболовных судов 16
4. Некоторые выводы из международной практики нормирования остойчивос ти малых рыболовных судов 27
.5. Постановка задачи исследований для разработки предложений по нормиро ванию остойчивости маломерных ры боловных судов в условиях СРВ 32
Глава 2. Приближенные способы оценки остойчивости маломерных рыболовных судов .
6. Критический обзор существующих приближенных способов оценки ос тойчивости 35
7. Новая приближенная формула для ос тойчивости формы на основе степен ного ряда 41
8. Исследования точности приближенных формул остойчивости 49
Глава 3. Разработка и оценка практических предложений по нормированию остойчивости малых рыболовных судов Вьетнама .
9. Главные практические требования к принципам и способам оценки остой чивости малых рыболовных судов 54
10. Выбор критериев и нормативов для нормирования остойчивости малых су дов Вьетнама на основе имеющейся практики 57
11. Статистические оценки жесткости и согласованности разрабатываемых ва риантов норм остойчивости малых су дов в сравнении с нормами Кодекса Ш0,1974 г и с рекомендациями Ш0
1968 г 61
12. Статистическая оценка надежности сравниваемых вариантов норм для ма лых судов СРВ в сравнении с норма ми ИМО 1974 и с рекомендациями ШО 1968 г 64
13. Формулировка критериев достаточной остойчивости для маломерных рыбо ловных судов СРВ 91
Глава 4. Исследования связи элементов диаграммы остойчивости и характеристик корпусов малых судов
14. Существующие приближенные формулы для связи обобщенных характеристик с обычными характеристиками формы корпуса 95
15. Предложения по определению связи между обычными и обобщенными характеристиками формы судов 98
16. Приближенное определение координат Усзв и lew с помощью данных гидростатики судна 100
17. Использование дифференциальных ме тодов для приближенной оценки остой чивости проектируемых судов. Пересчет остойчивости на основе "судна-посред ника" 104
18. Выражение критериев остойчивости че рез обобщенные геометрические характеристики судна 118
19. Взаимосвязь между характеристиками формы корпуса,критической апплика той ЦТ судна и критической метацент- рической высотой 121
Глава 5. Некоторые задачи регулирования остойчивости судов в эксплуатации и при проектировании по предложенным критериям и нормативам .
20. О способах контроля за остойчивостью малых судов Вьетнама в условиях эксплуатации 125
а. Контроль за остойчивостью судов при наличии технической документа ции по плавучести и остойчивости 126
б. Контроль за остойчивостью судов, построенных без документации 128
21. Уравнение остойчивости для рацио нального выбора геометрических характеристик малых судов в началепроектирования 131
22. Графо-аналитическое решение при вы боре геометрических характеристик формы судов с учетом требований к остойчивости 135
23. Анализ критического возвышения ЦТ судна на чувствительность к измене нию разных геометрических характеристик судна 139
Заключение 148
Список литературы 151
Приложение I.
- Геометрические характеристики ма лых вьетнамских судов прибрежного рыболовства
- Новая приближенная формула для ос тойчивости формы на основе степен ного ряда
- Выбор критериев и нормативов для нормирования остойчивости малых су дов Вьетнама на основе имеющейся практики
- Предложения по определению связи между обычными и обобщенными характеристиками формы судов
Введение к работе
Приближенные способы оценки остойчивости занимают важное место в теории проектирования и в теории корабля.
Их необходимость находится в прямой связи с решением многих практических важных задач обеспечения остойчивости всех судов, в том числе особенно - маломерных.
Среди таких задач в первую очередь нужно назвать следующие две задачи:
Назначение норм остойчивости с тем,чтобы достаточно надежно гарантировать безаварийную эксплуатацию судов.
Проектирование судов любого назначения,и,в частности,их формы,с учетом установленных норм остойчивости.
Хотя эти две задачи по своему техническому содержанию в известной мере отличаются друг от друга,однако они тесно связаны между собой,так как не представляется возможным решение каждой из них в отдельности,без рассмотрения другой.
Кроме этих двух задач можно назвать и другие частные задачи, для решения которых целесообразно применять те или иные приб-женные зависимости.
Так,например,задача выбора параметров геометрии судов,или более общая задача оптимизации их характеристик и элементов при проектировании,также требует применения приближенных формул,кото рые позволили бы связать аналитически в явном виде элементы остойчивости судов с характеристиками формы их обводов,а также с
_ 7 -
.состоянием их нагрузки.
Упомянутые задачи уже давно были поставлены и рассмотрены многими исследователями. В советской практике и в специальной литературе разнообразные приближенные формулы остойчивости судов, как, например, формулы академика Поздюнина В.Л. /52 У,члена Академии Наук УССР Павленко Г.Е. [ 3 7;профессора Власова В.Г. / 15 J и др. Эти формулы позволяют приблизительно построить диаграмму остойчивости судов (диаграмму Рида) и при отсутствии теоретического чертежа.
Однако эти методы были приспособлены главным образом к решению прямой задачи - по известной геометрии судна построить его диаграмму остойчивости.
При проектировании малых судов элементы геометрии проекти- , руемого судна выбираются с учетом требований остойчивости,но процесс такого выбора до сих пор не носит явного аналитического характера,а производится "ощупью",с большим количеством постепен но усложняющихся проверочных расчетов остойчивости,то есть после довательными приближениями. Такое решение,как известно,практически достоверного не совсем удобно,очень трудоемко и требует высокой квалификации конструктора.
Это в известной мере затрудняло задачу выбора и оптимизации главных размерений и коэффициентов формы судна,так обычно оценка остойчивости проектируемого судна на основе существующих критериев остойчивости может быть осуществлена только на поздних стадиях проектирования,когда фактически уже построен теоретический чертеж и установлено распределение нагрузки судна. В том же случае,если такая оценка не будет удовлетворенной,проектанту следует как-то изменить геометрию судна. Понятно,как важно при этом четко ориентироваться,какие из элементов геометрии целесообразно изменять и на сколько.
В пятидесятых годах Н.Б. Севастьянов поставил и рассмотрел задачу выбора главных размерений и коэффициентов формы судна с учетом требований к остойчивости,в частности требований "Временных норм остойчивости" Регистра СССР, 1948 г, /61 ],
Одновременно подобную "задачу,независимо от него решал А.Б. Знаменский /12 /.
Вскоре после этого А. И.Раковым был предложен близкий по идее способ пересчета диаграммы остойчивости проектируемого судна по так называемому приведенному прототипу; а в 1978 году в своей монографии проф.А.И.Раков рассмотрел более общую задачу выбора элементов и характеристик маломерных добывающих судов с позиции их оптимизации.
В настоящее время в литературе известны и другие решения по данной проблеме /12,30,75 /.
Однако можно сказать,что до настоящего времени широкого при- менения приближенные способы оценки остойчивости судов как в прямой, так и в обратной задачах,еще не получали.
Это объясняется тем,что,с одной стороны,точность приближенных формул оставалась недостаточно исследованной,а с другой стороны, стремление к повышению точности приводило.к усложнению формул за счет введения таких параметров формы,которые до построения теоретического чертежа остаются,как правило,неизвестными [30 J
Таким образом,в общей постановке задача нашего исследования состоит в следующем:
исходя из особенностей проектирования и условий эксплуатации маломерных рыболовных судов СРВ,разработать предложения по нормированию их остойчивости;
на базе установленных нормативов остойчивости рассмотреть задачу о выборе такой формы и таких размеров судов,при которых эти нормативы заведомо выполнялись бы;
- предложить эффективные и доступные в условиях СРВ методы контроля за остойчивостью судов,находящихся в эксплуатации.
Г л а в a I ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
I. Современные состояние прибрежного рыболовства СРВ, Общая характеристика малых рыболовных судов и условия их эксплуатации
Природа Вьетнама благоприятна для развития морского рыболовства. Морское побережье имеет протяжение свыше двух тысяч километров от Куанг-Нинь до Ка-Мау,где располагаются многочисленные устья рек и бухты,удобные для базирования судов. Обширный Тонкинский залив обладает сравнительно ровным песчано-илистым дном,удобным для лова рыбы такими активными орудиями,как тралами,кошельковыми неводами и т.д.
За Тонкинским заливом начинается Южно-Китайское море и открытый океан. О богатстве морей,омывающих берега Вьетнама,говорит народная пословица: "Море серебряное,леса золотые". Богатые естественные запасы рыбы насчитывают более 500 видов,в том числе свыше 300 - промысловых / 21J.
Морское рыболовство и лов рыбы в прибрежных водах Вьетнама уже с давних времен становится главным средством для жизни миллионов людей. Но несмотря на это,прибрежное рыболовство Вьетнама стало развиваться как промышленное только в последние годы,после того,как страна полностью освободилась от агрессоров,в теперь морское рыболовство стало рассматриваться как одна из потенциально важных отраслей народного хозяйства.
- II -
В настоящее время морской рыболовный флот СРВ уже насчитывает десятки крупных и среднетоннажньк рыболовных судов типа БМРТ.СРТР и большое количество малых,типа СРГ, МРС и другие.
Часть судов,и прежде всего,суда большого тоннажа поставляются братскими социалистическими странами ( СССР,ГДР и др.) или покупаются в других странах. Почти все маломерные суда,включая и суда 400 - 500 т водоизмещения ( 300 - 400 л.с.) строятся в стране своими судостроительными заводами.
cлo инженерных и технических кадров,а также число мастеров и рабочих,занятых в судостроении в стране,возросло и растет сравнительно быстрыми темпами.
Такое положение объясняется острой необходимостью обеспечить население рыбой и рыбной продукцией,как основным видом белковой пищи. С одной стороны,в связи с определенными трудностями в развитии сельскохозяйственного производства,норма питания населения мясом еще не обеспечена,и важной дополнительной частью является именно рыба. С другой же стороны разнообразные виды пищи из рыбы и рыбной продукции стали настолько традиционными,что люди почти не могут жить без них. К примеру,рыбный соус любит каждый Вьетнамец,будь это моряк,крестьянин,рабочий или лесовод. Именно поэтому не случайно тов.Ле-Зуан,генеральный секретарь КПВ не раз говорил о том,что нужно в кратчайший срок обеспечить каждой семье рыбу на каждый обед.
В рыболовном флоте СРВ немногочисленные крупные суда ведут лов рыбы в сравнительно отдаленных от берега районах ( по всему Тонкинскому заливу). Подавляющее же большинство маломерных судов ведет лов рыбы в прибрежных водах с удалением,как правило,не более, чем на 50 миль от берега. Их годовой улов составляет обычно 70 * 4- 80 суммарного улова, который последнее время достигает 700 * * 800 тысяч тонн.
Задача развития морского рыболовного флота Вьетнама является важной составной часть общего развития материальной базы для построения социализма во Вьетнаме. Поэтому в ближайшее время морской рыболовный флот Вьетнама будет быстро пополняться и недалек тот день,когда Вьетнамские рыбаки выйдут ловить рыбу в открытые моря и океаны.
Однако для этого вьетнамскому судостроению предстоит еще решить целый ряд задач,в том числе по обеспечению безопасности своим судам и рыбакам.
В частности,что касается задачи обеспечения остойчивости морских судов,в том числе и рыболовных,то до настоящего времени Вьетнам еще не имеет своих специальных требований к остойчивости, учитывающих известные особенности как в природных условиях,так и в конструкции,строительстве и эксплуатации судов.
Для судов большого размера эта проблема решается сейчас путем л заимствования требований к остойчивости Регистра СССР (1967),для маломерных судов специальные обоснованные требования к обеспечению безопасности их плавания,и прежде всего к обеспечению остойчивости, пока отсутствуют. Основные геометрические особенности этих маломерных судов будут приведены ниже (см. 2). В большинстве они представляют собой деревянные или,в меньшем количестве,стальные суда водоизмещением до 100 тонн включительно,ведущие прибрежный лов рыбы,в основном,траловым и кошельковым неводом.
Энергетические установки с двигателями внутреннего сгорания имеют мощность от нескольких десятков до нескольких сот л.с, притом суда с меньшей мощностью двигателя для экономии топлива обычно снабжаются вспомогательными парусами.
Экипаж на этих судах составляет от б до 15 человек. Производственные рейсы занимают на судах в северной части страны обычно от 7 до 15 суток,а на судах южной части -6*8 суток.
- ІЗ -
Конструктивно маломерные суда Вьетнама чаще всего делаются гладкопалубными,без рубок и надстроек или с короткими рубками, которые быстро закрываются цри непогоде.
Почти все маломерные суда Вьетнама имеют малую осадку и большую высоту надводного борта. Это объясняется тем,что они обычно базируются в местах мелководья,чаще всего прямо в устьях рек,выходя на промысел и приходя в место базирования строго по режиму отлива и прилива.
Говоря о задаче обеспечения остойчивости маломерных судов Вьетнама,необходимо обратить внимание на то,что подавляющее боль-шинство из них было построено без проектов по опыту строителей. Особенно это относится к судам южных районов,а также ко многим деревянным судам,построенным в разных кооперативах Севера. Это свойственно также многим маломерным судам других стран,включая и технически развитые страны. Во всех случаях эта особенность на- « кладывает на нормирование остойчивости малых судов специфические трудности.
2. Геометрические характеристики малых Вьетнамских судов прибрежного рыболовства
Как уже было сказано «маломерные суда прибрежного рыболов »-ного флота Вьтнама принадлежит к числу гладкопалубных судов,причем в связи с ограниченностью глубин в местах базирования такие суда характерны сравнительно большой высотой надводного борта. Отношение осадки к высоте борта ( /ц ) обычно составляет величину 0,60 * 0,75.
Суда рассматриваемого класса имеют малое относительное удлинение (./^ =3,0 * 5,0) и большое отношение ширины к высоте борта ( В/н =1,6 * 2,5). Коэффициенты формы судна,как видно из таблицы ( 2.1), находятся в обычных предел ах, характерны для маломерных судов разных стран.
- " В таблице (2.2) показаны основные геометрические характеристики типичных четырех головных судов данного класса. Они выбраны по серии 32 моделей вьетнамских малых парусно-моторных рыболовных судов,разработанной Во Ван Чаком для буксировочных испытаний в опытном бассейне отраслевой научно-исследовательской лаборатории мореходных качеств промысловых судов при Калининградском техническом институте рыбной промышленности и хозяйства в 1968 г.
Таблица 2.1 Основные статистические характеристики маломерных судов СРВ
Таблица 2.2.
Геометрические характеристики маломерных парусно-моторных рыболовных судов СРВ
( головные суда серии Во Ван Чака )
3. Краткий обзор международной практики нормирования остойчивости маломерных рыболовных судов
Нормирование остойчивости морских судов,в том числе и рыболовных,как практическая деятельность человека,началось еще в конце прошлого века и продолжает развиваться сегодня в соответствии с известными исторически-социально-экономическими предпосылками.
В условиях сегодняшней всемирной научно-технической революции, которая оказывает значительное влияние на развитие флотов рыболовных судов многих стран,актуальность этой задачи получила международное признание.
Объясняется этим и сравнительно интенсивный рост числа стран, принявших в последние десятилетия свои национальные нормы остойчивости морских рыболовных судов ( см.табл.3.1) и то,что в настоящее время существуют разные международные организации,которые в программу деятельности включают разные проблемы обеспечения безопасного плавания морских судов и,прежде всего,обеспечение их остойчивости ( Международная морская организация (Ж)) организация по вопросам продовольствия и сельского хозяйства ООН (FffO)Международная Ассоциация классификационных обществ ( Iff С 5 );органы технического наблюдения и контроля (ОТНК ) стран совета экономи-ческой-взаимопомощи и т.д.
Современное состояние решения задачи нормирования остойчивости рыболовных судов частично отражается в таблице № I.I ( см. приложение П I ),где предоставлены основные существующие национальные и международные нормы, а также отдельные рекомендации по обеспечению остойчивости судов. Такие нормы и рекомендации по своему существу отличаются между собой самим подходом к их разработке.
хаолица о,і Список стран и организаций,имеющих нормы остойчивости малых рыболовных судов
I960
Канада
ИМО 12.
ФРГ
Аргентина 1966
КНР I960
ГДР
ПНР
СССР
18. СССР
/
Морская адми-нистрация
Рыболовные суда длиной более 24,4 м
Рекомендации /84 /
Все суда,имеющие палубы,более 24 м длиной
Кодекс безопас
ности рыбаков и -"-
рыболовных судов
Seelmfye/UWe/lMOft Все суда,кроме небольших рыболовных и Германский бортов Ллойд
Морская адми- Все рыболовные суда вместимостью бо-
нистрация лее 50 per.т.
Судовая инспек- Все суда,кроме парусных ция Министерства транспорта
Все суда вместимостью от 20 per.т.
Все самоходные суда с мощностью главного двигателя от 25 л.с. и более
Регистр СССР
_"_
Министерство рыбного хозяйства
Все суда вместимостью от 20 per.т.,исключая глиссеры,суда на подводных крыльях,на воздушной подушке и суда, идущие под парусом
Для маломерных самоходных и несамоходных рыболовных судов с гладкими закрытыми палубами,неподнадзорные Регистру СССР и Речному Регистру РСФСР
Рекомендация По усмотрению
Национальных администраций
Требования обязательны
Требования обязательны
Дополненные и переработанные
Требования обязательны как временные
Бросается в глаза разнообразие так называемых статистических норм,которые были основаны на анализе и обобщении эмпирикостатистического материала по эксплуатации судов и данных аварийной статистики. Именно с такого простейшего подхода начинается историческое развитие теории нормирования остойчивости. Дальнейшее ее развитие представляет собой последовательный переход от простейших задач гидромеханики судна к более сложным,полнее учитывающим условия и специфические особенности получения судном опасных углов крена.
В зависимости от практических условий,при которых проведено статистическое наблюдением от степени обоснованности,разработанные рекомендации оказываются разными в смысле простоты и полноты учитываемых факторов.
Самыми простыми являются неофициальные нормы,предложенные Х.С.Таунсендом (США,1963) для всех судов,а также нормативы Швеции ( / 60 ] ) распространяющиеся на все рыболовные суда. В таких нормах ( см.табл.І.І) условие достаточной остойчивости судов определяется только соотношением ширины ( В ) судна к высоте надводного борта.
Более обоснованные нормы Японии (1956)относящиеся к рыболовным судам длиной более 18 м,разделяют суда по их назначению,т.е. учитывают в известной мере специфичность условий их эксплуатации ( см.табл.І.І,приложение П I).
Значительно большей полнотой и совершенством обладают статистические рекомендации Я.Рахола (1939),которые были получены путем анализа аварийной статистики судов разных стран мира за долгое время /35,60 У. На основании этого анализа получены так называемые минимальные диаграммы статистической и динамической остойчивости, отделяющие достаточные для безаварийной эксплуатации значения плеч от недостаточных.
На том же принципе были сформулированы рекомендации Ш0 (1968) распространяющиеся по усмотрению национальных администраций на все рыболовные суда,имеющие палубу. В 1977 г. эти рекомендации были включены в международную конвенцию по безопасности рыболовных судов,которая однако до сих пор еще не вошла в силу.
Значительный интерес представляют упрощенные критерии остойчивости, предложенные ИМО (1974) для рыболовных судов длиной менее 30 м,к которым почему-либо затруднительно применять последние упомянутые нормы, а также упрощенные критерии ВТТ СССР (1977). На основании статистической обработки опыта эксплуатации судов,проведенной в сочетании с анализом /22,83 J геометрических особенностей судов в реальных условиях,эти нормы обладают простотой в применении и в то же время - достаточно высокой степенью называемой практической подтверждаемости. Это понятие заключается в том, что если имеется достаточная по объему и достоверности статистика судов,потерпевших аварии из-за потери остойчивости,то она может служить как бы экспериментальным материалом для проверки рациональности любых норм остойчивости. Для этого по каждому аварийному судну нужно иметь такую информацию,которая позволяет судить о том,удовлетворяла ли остойчивость этого судна в момент аварии требованиям данных норм. Если среди погибших судов много таких, которые погибли,удовлетворяя этим требованиям,то это означает,что рациональность данных норм не подтверждается практикой.
Детально методы количественной оценки подтверждаемости норм остойчивости разработаны в /60, 66 J и впервые были применены при разработке рекомендации Ш). В данной работе эта методика использована в главе 3.
Можно сказать,что несмотря на различные многие из статистических норм,сходны друг с другом,и в совокупности с известной достоверностью они гарантируют минимальные условия достаточной ос-
тойчивости морских судов,в том числе и маломерных.
Шенно в этом заключается основное достоинство норм остойчивости, полученных на основе статистики,как критерия истинности. Однако такие нормы объективно отражают лишь прошлый опыт,и поэтому их выводы остаются справедливыми лишь до той поры,покуда не изменяются существенно условия,породившие определенные статистические результаты. Это не позволяет просто экстраполировать выводы статистики на меняющиеся условия эксплуатации и конструктивные особенности судов.
Иными словами,статистические нормы не позволяют четко выяснить ту или иную физическую причину,приводящую конкретное судно к гибели. Они также не способствуют учету индивидуальных особенностей архитектуры и конструкции каждого отдельного судна.
Другого рода нормы,так называемые физические,полученные на основании анализа механизма опрокидывания судов в различных уело-' виях эксплуатации,лишены неустранимых недостатков статистических норм и позволяют на основе общих методов получать объективную оценку остойчивости судов с учетом их индивидуальных особенностей, т.е. они представляют собой в принципе нормы более универсальные, безопасные и экономичные.
Установление любой физической нормы остойчивости тесно связывается с решениями разных практических и теоретических задач,таких как задача выбора расчетных ситуаций;формулировка самих критериев остойчивости и процедура выполнения расчетов при контроле условия достаточной остойчивости;определение кренящих моментов от ветра и волнени и т.д.
Из числа стран,имеющих официальные физические нормы остойчивости, по отношению к морским рыболовным судам (СССР,ГДР,ПНР, КНР),а также к транспортным (США,Япония),СССР представляет страну, имеющую самый долголетний опыт нормирования остойчивости рыбопромысловых судов. Нормы остойчивости Регистра СССР отличаются от
норм других государств большей физичностьго и дифференцированной оценкой остойчивости судов по различным условиям плавания. Основным результатом советской системы нормирования остойчивости является почти полная ликвидация аварий,связанных с опрокидыванием /60, 7, /"67 7.
Во всех расчетных ситуациях Норм Регистра GCCP судно считается неповрежденным;его наклонения предполагаются равнообъемны-ми до углов начала заливания через незакрытые отверстия в надводной части.
В процессе накренения судна не учитывается смещение грузов, кроме подвешенных и жидких,имеющую свободную поверхность. Считается,что судно управляемо,т.е.невыгодные с точки зрения остойчивости курсовые углы и скорости являются не постоянным фактором, а результатом кратковременного маневра.
Основная расчетная ситуация Норд Регистра СССР до 1967 г. имела в виду судно,испытывающее резонансную бортовую качку на ре-гулярном волнении. Преполагается возникновение мощного порыва ветра (шквала) после кратковременного затишья. При этом момент возникновения шквала считается совпадающим с максимальным наклонением судна вследствие качки навстречу ветру.
С 1967 года расчетная амплитуда качки в нормах Регистра имеет смысл амплитуды качки на нерегулярном волнении с 2$ обеспеченностью.
Вторая расчетная ситуация предполагает движение судна на гребне попутной волны,длина которой приблизительно равна длине судна. Скорость хода предполагается близкой к скорости попутной волны так,что описанная ситуация длится достаточно долго.
В Польских правилах и правилах ГДР до 70-х годов условия,касающиеся самого судна,практически не отличались от требований Регистра СССР. Нормы КНР исходили из тех же расчетных ситуаций,
"что и норм Регистра СССР,
Из таблицы(ЗЛ) видно значительное сходство между выше упомянутыми Нормами и Нормами Регистра СССР как по их построению,так и по нормативным величинам. После 1972 г, были приняты единые нормы ОТНК социалистических стран.
В норма остойчивости для пассажирских судов Японии /35, 6Q/, динамический критерий базируется на несколько иной физической модели^ соответствии с которой судно считается расположенным лагом к двухмерным нерегулярным волнам; на него действует устойчивый порывистый ветер,создающий статический крен,относительно которого совершается бортовая качка,и в момент получения максимального угла крена на наветренный борт к стабильной составляющей давление ветра добавляется порыв ветра,причем изменение его скорости происходит мгновенно.
Сопоставление критериев погоды Регистра СССР и Японии показывает /35, 60, 67/,что,хотя принятая в нормах Японии модель воздействия ветра и волнения на судно встречается значительно чаще в реальных условиях плавания,однако эта модель отвечает комбинации кренящих факторов,менее тяжелой в отношении остойчивости,чем в модели Правил Регистра СССР. В частности,наличие статического крена на подветренный борт приводит к увеличению максимального опрокидывающего момента тем большему,чем меньше начальная остойчивость судна.
Физические принципы детермированного нормирования остойчивости предполагают известными внешние кренящие моменты и силы, которые в морских условиях связаны с ветром и волнением. При этом, как правило,волнение выступает лишь как причина,вызывающая начальный крен от качки судна в основной расчетной ситуации.
В Нормах Регистра СССР,кроме того,волнение рассматривается как фактор,ухудшающий диаграмму остойчивости при ходе на попутном
волнении. Непосредственное кренящее действие волны и кренящие моменты от влившейся на палубу воды в явном виде нормами не оцениваются.
Действие ветра на судно во всех нормах сводится к созданию кренящего момента,который принято вычислять по формулам типа:
H„-P.S,,.l.f(e)
где Р - расчетное давление ветра; $п - площадь парусности;
2 - плечо кренящего момента,a j { в ) - функции от угла крена,
учитывающая изменение кренящего момента в зависимости от угла
крена.
О Несмотря на неизвестное сходство расчетных формул кренящего
момента,его значения для конкретных судов,вычисленные по разным нормам,сильно разнятся между собой. Такая разница,в основном, обуславливается различием в величинах расчетного ветрового давления, принятых в этих нормах ( см. табл.3.2).
Детальный анализ,который был произведен по этому поводу 59,60,73 J9позволил заключить,что расхождения в величинах ветровой нагрузки объясняются именно неизученностью структуры самого ветрового потока и его динамических характеристик вблизи взволнованной поверхности моря.
С этими же факторами связано различное представление о характере воздействия ветровой нагрузки с учетом конструктивных особенностей его надводной части. Эта проблема представляет собой объект ряда современных научно-исследовательских работ в данной области.
Все существующие физические нормы,рассматривающие ситуацию, когда судно расположено лагом к ветру и волнению,основаны на известных допущениях,при которых условия достаточной остойчивости сводится к определению динамического угла ( 6л ) или величины, так называемого опрокидывающего момента,находящегося из равенства
Расчетное давление ветра И по различным нормам остойчивости кг/м
V
работ кренящего и восстанавливающего моментов. Дроцедура выполнения расчетов при оценке условия достаточной остойчивости при конкретных условиях зависит от модели расчетной ситуации,а также от методики определения расчетных величин,принятых в данной системе норм.
С точки зрения методологии следует отметить,что в настоящее время значительный интерес вызывает так называемый вероятностный подход к нормированию остойчивости. Это такой подход,где в ка-честве универсального критерия остойчивости выступает сама вероятность опрокидывания (либо та или иная ее функция,однозначно с ней связанная,но более удобная для практических целей).
Основное преимущество такого подхода перед детерминированным состоит в том,что он позволяет обоснованно обеспечить равную степень безопасности любым судам с учетом фактора времени,то есть учесть типичность всех ситуаций и обстоятельству которых должны работать эти суда /69, 70, 71, 72 .Л
Однако каких-либо практических норм на базе вероятностных критериев остойчивости судов сегодня еще не существует.
4. Некоторые выводы из международной практики нормирования остойчивости малых рыболовных судов
С целью отбора для дальнейшего использования наиболее подходящих критериев остойчивости для малых рыболовных судов Вьетнама на основании сделанного выше крагого обзора существующей практики нормирования следует остановиться на следующих основных замечаниях:
I. Несмотря на значительное преимущество,которым физические нормы остойчивости обладают перед статистическими,применение таких норм для малых судов вообще и,в частности,в условиях Вьетнама, преждевременно. Обуславливается это не только тем,что физические принципы нормирования приводят к сложным расчетным схемам,которые
могут практически применяться только в условиях достаточного развитого научно-технического потенциала,о чем было сказано выше. Дело еще и в том,что для малых судов особенно важно и сильно влияние надводной части архитектуры ( фальшборт,палубные колодцы, рубки,надстройки) на их остойчивость при заливании палубы. Поэтому заливаемость палубы для малых судов становится особенно опас- ' ной /60, 80, 87 У.
Известно,что такого рода физические факторы сегодня не учитываются существующими нормами ни в национальной прктике отдельных стран,ни в международных рекомендациях из-за чрезвычайной сложности явления,
С другой стороны обычная схема критерия погоды в нормах Регистра СССР,Японии и других стран,оказывается неработоспособной в применении к малым судам. Это объясняется тем,что величины плеч остойчивости по отношению к главным размерениям у малых судов обычно существенно больше,чем у больших,а относительная площадь парусности у малых судов меньше. Поэтому обычно критерии погоды заведомо выполняется с избытком при выполнении требований к элементам диаграммы малых судов.
2, Наиболее прямым практическим путем обеспечения безопасности малых судов является использование статистики, и в первую очередь,статистики аварий. Однако применение норм статистического происхождения в чистом виде также часто приводит к определенным недостаткам. Кроме уже упомянутых в 3 недостатков теоретического характера,здесь речь идет о некоторых недостатках практического характера.
Дело в том,что в настоящее время многие статистические нормы,хорошие в смысле практически достаточной надежности,представляются слишком громоздкими (нормы Я,Рахола,1939 и нормы Ж), 1968). Применение таких норм для оценки безопасности судов от опрокиды-
- 29 -вания возможно только при наличии построенной диаграммы остойчивости,что в свою очередь неприемлемо в отношении малых судов, особенно для тех из них,которые строятся обычно без проектной документации.
Более того,такие нормы в большинстве случаев приспособлены только к решению "прямых" задач оценки условий достаточной остойчивости судов при известной их геометрии и определенном состоянии нагрузки. Обратные же задачи,то есть задачи выбора тех или иных комплексов геометрических элементов корпуса при известных условиях нагрузки судов с тем,чтобы заведомо было обеспечено выдал-' нение существенных норм,практически не решаются.
Необходимо отметить также,что всякое практические решения, направленное на обеспечение остойчивости судов,имеет смысл только при совместимости такого решения с обеспечением остальных качеств (ходкость,умеренность качки,незаливаемость и т.д.). Иными словами, рациональное решение обеспечения остойчивости судов должно быть достигнуто в процессе их проектирования на основе совместного решения целого ряда уравнений,вытекающих из различных требований к мореходным качествам судов. Составление такого типа уравнения остойчивости на основе громоздких норм невозможно,или по крайней мере,на столько сложно,что практически нецелесообразно.
Для этой цели оказываются целесообразными применение,особенно для рассматриваемого типа судов,так называемых смешанных норм, где появляется тенденция,по словам профессора Н.Б. Севастьянова, "дополнить статистический подход хотя бы некоторыми физическими соображениями,чтобы выводы статистического происхождения,по крайней мере,не противоречили тем фактам и выводам теоретического анализа, которые сегодня уже можно считать достоверными" /"83 J.
Примером такого типа упрощенных критериев смешанного происхождения являются и упрощенные критерии ШО (1974 ) и упомянутые нормы ВГГ,СССР (1977 ). Применение этих критериев в принципе долж-'
-ЗО-
НО было бы привести к упрощению уравнения остойчивости при выборе необходимых характеристик геометрии судна в начале проектирования. Однако в общем случае они также могут приводить к определенным затруднениям,так как удовлетворение упрощенного критерия ИМО (критерии 6/7,^),или также упрощенного критерия ВГТ (критерия по плечу [30 и h0 ) все же не гарантирует соблюдение других требований к виду диаграммы,которые по физическим соображениям должны улучшать безопасное плавание судов в условиях волнения (положение максимума диаграммы,угол заката,плечо остойчивости на достаточно большом угле крена).
Полное устранение всех затронутых выше недостатков,которые свойственны тем или другим существующим нормам,вряд ли возможно. Но тем не менее,в данной работе,как это будет показано в дальнейшем, установлены некоторые возможности решения задачи нормирования остойчивости малых судов в более тесном контакте с задачей проектирования.
В частности,в связи с недостатком,указанным во втором пункте, ^возник вопрос о том,существует ли среди имеющихся статистических норм такие один-два критерия (и соответствующие нормативы),при выполнении которых автоматически выполняются и все другие. Ведь для данного судна при заданной нагрузке однозначно определяется полностью сама диаграмма Рида,т.е.однозначно определяются и все ее известные элементы, выступающие в качестве существующих критериев ( П0 Г*, „,-8,, ,...). Оперируя лишь одним- двумя такими нормируемыми элементами вместо их совокупности,можно значительно упростить решение прямых и обратных задач обеспечения остойчивости, о которых говорилось выше. Это также должно способствовать решению и других задач проектирования судов,таких,как задачи типизации и оптимизации.
Кривые на рисунке 3.1,выражающие критические высоты ЦТ неко-
торых Вьетнамских малых судов (головные суда серии Во Ван Чака / 21 У,подсчитываемые по разным критериям остойчивости в зависимости от осадок,отнесенных к высоте борта судов,показывают,что для рассматриваемых судов наиболее низкое положение занимают' кривые, построенные по критерию угла максимума диаграммы Рида ( 9т ) и по критерию плеча статической остойчивости при достаточно большом угле {{„ или (зв ).*
Последнее свидетельсвует о том,что для данного класса малых судов Вьетнама достаточно использовать в качестве критериев мини-, мальной допустимой остойчивость именно эти элементы диаграммы Рида.
Этот вывод получается не только на основании статистического расчета,а может объясняться,исходя из физической сущности самих указанных элементов. Так,если представить себе,что необходимо спроектировать судно,которое предназначено для работы в условиях тихой воды и при воздействии только статических моментов,то для достаточной остойчивости такого судна требовалось бы только,чтобы максимальное статическое плечо было не менее той величины,которая обеспечивает условие статического равновесия при равенстве восстанавливающего и кренящего моментов. При этом неважно,при каком угле крена ( при 0 В * f ) достигается это максимальное плечо,если смещение грузов исключается. Другое дело,если такое судно предназначается для работы в условиях волнения,когда вместе с максимальным плечом или статическим восстанавливающим моментом важны и другие характеристики остойчивости,такие,как отсутствие валкости,достаточно большой угол заката диаграммы с тем,чтобы был обеспечен сток воды,попадающей на палубу из-за качки судна на волнении. Выполнение этих требований,в частности,приводит к
к исключение составляет критерий заведомо достаточной остойчивости (BIT,1977),который сам по себе несколько жесток,так что его применение не во всех практических случаях оказывается целесообразным.
необходимости нормировать положение максимума и угла заката диаграммы Рида.
5. Постановка задачи исследований для разработки предложений по нормированию остойчивости маломерных судов в условиях СРВ
Главной задачей настоящей работы является разработка конкретных предложений на нормированию остойчивости маломерных судов рыболовного флота СРВ.
Практические предпосылки и актуальность поставленной задачи і проектирования остойчивости выбранных судоврассмотрены выше.
Решение новых задач нормирования остойчивости судов в настоящее время в значительной мере облегчается накопленным опытом. Так,например,в данном случае для разработки требований к остойчивости маломерных судов СРВ,нормы ВТТ,Регистра СССР,Ш) могут играть роль хорошего прототипа,так как известно,что эти нормы были установлены на основании разумного статистико-аналитического подхода и проверены на материалах практической эксплуатации существующих судов разных стран /I, 35, 60 J, По назначению и размерам объекты исследования при разработке ЕГТ были фактически наиболее близкими к выбранному в данной работе классу судов СРВ.
Однако речь идет не о том,чтобы механически заимствовать и перенести те или иные существующие нормы в условия Вьетнама,а о том,чтобы,опираясь на накопленный опыт усовершенствовать систему нормирования,устранить по возможности выявленные недостатки и обеспечить наилучшее соответствие этой системы условиям и задачам вьетнамского рыболовства, судостроения и эксплуатации флота. В частности,большое внимание при разработке предложений по нормированию остойчивости должно быть направлено на то,чтобы наиболее рациональным образом обеспечить остойчивость судов с учетом и других требований в ходе самого процесса проектирования. Шэтому,теоретико-
- з;4 -
-прикладной характер данного исследования должен состоять в поисках явной аналитической связи между предложенными критериями остойчивости, геометрическими характеристиками и состоянием нагрузки самого судна.
Задача нормирования остойчивости и задача проектирования судов должны при этом рассматриваться как единая задача, в которой выбор размерений и коэффициентов формы судов должен непосредственно учитывать установленные критерии остойчивости.
Предложенная система критериев и норм должны отвечать следующим требованиям:
ее жесткость должна быть сопоставлена с жесткостью существующих оправдавших себя норм (в применении к маломерным судам СРВ);
условная гарантия безопасности (надежность) должна быть того же порядка,что и у международных и других оправдавших себя нохм;
простота применения норм в ходе проектирования судов и контроля за их остойчивостью в эксплуатации должна быть существенно повышена.
Решение вышеупомянутых задач,безусловно,приводит к необходимости применения той или иной приближенной формулы остойчивости, так как известно,что точное выражение плеча остойчивости (или восстанавливающего момента) не позволяет связать геометрические характеристики судна с его элементами остойчивости,т.е. с элементами диаграммы Рида в алгебраической или другой простой аналитической форме.
Поэтому в задачу исследования включается анализ существующих приближенных формул,оценка их точности,возможности применения на ранних стадиях проектирования.доступности их использования лицами с той квалификацией,которая сегодня характерна для персонала вьетнамских верфей мелкого судостроения,для экипижей малых рыболовных судов и для работников береговых служб.
Геометрические характеристики ма лых вьетнамских судов прибрежного рыболовства
Как уже было сказано «маломерные суда прибрежного рыболов »-ного флота Вьтнама принадлежит к числу гладкопалубных судов,причем в связи с ограниченностью глубин в местах базирования такие суда характерны сравнительно большой высотой надводного борта. Отношение осадки к высоте борта ( /ц ) обычно составляет величину 0,60 0,75.
Суда рассматриваемого класса имеют малое относительное удлинение (./ =3,0 5,0) и большое отношение ширины к высоте борта ( В/н =1,6 2,5). Коэффициенты формы судна,как видно из таблицы ( 2.1), находятся в обычных предел ах, характерны для маломерных судов разных стран.
В таблице (2.2) показаны основные геометрические характеристики типичных четырех головных судов данного класса. Они выбраны по серии 32 моделей вьетнамских малых парусно-моторных рыболовных судов,разработанной Во Ван Чаком для буксировочных испытаний в опытном бассейне отраслевой научно-исследовательской лаборатории мореходных качеств промысловых судов при Калининградском техническом институте рыбной промышленности и хозяйства в 1968 г.
Нормирование остойчивости морских судов,в том числе и рыболовных,как практическая деятельность человека,началось еще в конце прошлого века и продолжает развиваться сегодня в соответствии с известными исторически-социально-экономическими предпосылками.
В условиях сегодняшней всемирной научно-технической революции, которая оказывает значительное влияние на развитие флотов рыболовных судов многих стран,актуальность этой задачи получила международное признание.
Объясняется этим и сравнительно интенсивный рост числа стран, принявших в последние десятилетия свои национальные нормы остойчивости морских рыболовных судов ( см.табл.3.1) и то,что в настоящее время существуют разные международные организации,которые в программу деятельности включают разные проблемы обеспечения безопасного плавания морских судов и,прежде всего,обеспечение их остойчивости ( Международная морская организация (Ж)) организация по вопросам продовольствия и сельского хозяйства ООН (FffO)Международная Ассоциация классификационных обществ ( Iff С 5 );органы технического наблюдения и контроля (ОТНК ) стран совета экономи-ческой-взаимопомощи и т.д.
Современное состояние решения задачи нормирования остойчивости рыболовных судов частично отражается в таблице № I.I ( см. приложение П I ),где предоставлены основные существующие национальные и международные нормы, а также отдельные рекомендации по обеспечению остойчивости судов. Такие нормы и рекомендации по своему существу отличаются между собой самим подходом к их разработке.
Бросается в глаза разнообразие так называемых статистических норм,которые были основаны на анализе и обобщении эмпирикостатистического материала по эксплуатации судов и данных аварийной статистики. Именно с такого простейшего подхода начинается историческое развитие теории нормирования остойчивости. Дальнейшее ее развитие представляет собой последовательный переход от простейших задач гидромеханики судна к более сложным,полнее учитывающим условия и специфические особенности получения судном опасных углов крена.
В зависимости от практических условий,при которых проведено статистическое наблюдением от степени обоснованности,разработанные рекомендации оказываются разными в смысле простоты и полноты учитываемых факторов.
Самыми простыми являются неофициальные нормы,предложенные Х.С.Таунсендом (США,1963) для всех судов,а также нормативы Швеции ( / 60 ] ) распространяющиеся на все рыболовные суда. В таких нормах ( см.табл.І.І) условие достаточной остойчивости судов определяется только соотношением ширины ( В ) судна к высоте надводного борта.
Более обоснованные нормы Японии (1956)относящиеся к рыболовным судам длиной более 18 м,разделяют суда по их назначению,т.е. учитывают в известной мере специфичность условий их эксплуатации ( см.табл.І.І,приложение П I).
Значительно большей полнотой и совершенством обладают статистические рекомендации Я.Рахола (1939),которые были получены путем анализа аварийной статистики судов разных стран мира за долгое время /35,60 У. На основании этого анализа получены так называемые минимальные диаграммы статистической и динамической остойчивости, отделяющие достаточные для безаварийной эксплуатации значения плеч от недостаточных.
На том же принципе были сформулированы рекомендации Ш0 (1968) распространяющиеся по усмотрению национальных администраций на все рыболовные суда,имеющие палубу. В 1977 г. эти рекомендации были включены в международную конвенцию по безопасности рыболовных судов,которая однако до сих пор еще не вошла в силу.
Значительный интерес представляют упрощенные критерии остойчивости, предложенные ИМО (1974) для рыболовных судов длиной менее 30 м,к которым почему-либо затруднительно применять последние упомянутые нормы, а также упрощенные критерии ВТТ СССР (1977). На основании статистической обработки опыта эксплуатации судов,проведенной в сочетании с анализом /22,83 J геометрических особенностей судов в реальных условиях,эти нормы обладают простотой в применении и в то же время - достаточно высокой степенью называемой практической подтверждаемости. Это понятие заключается в том, что если имеется достаточная по объему и достоверности статистика судов,потерпевших аварии из-за потери остойчивости,то она может служить как бы экспериментальным материалом для проверки рациональности любых норм остойчивости. Для этого по каждому аварийному судну нужно иметь такую информацию,которая позволяет судить о том,удовлетворяла ли остойчивость этого судна в момент аварии требованиям данных норм. Если среди погибших судов много таких, которые погибли,удовлетворяя этим требованиям,то это означает,что рациональность данных норм не подтверждается практикой. Детально методы количественной оценки подтверждаемости норм остойчивости разработаны в /60, 66 J и впервые были применены при разработке рекомендации Ш). В данной работе эта методика использована в главе 3.
Новая приближенная формула для ос тойчивости формы на основе степен ного ряда
Известно,что плечо остойчивости формы судна,выраженное в зависимости от углов крена,в обычной для статики системе координат принимает вид: По сути выражения (7.1) говорит о том,что плечо остойчивости формы судна зависит,с одной стороны,от его геометрических характеристик ( У( % Zc , Iсо), а с другой стороны,от угла наклонения.
Представим выражение (7.1) в виде степенного ряда по углу крена: где коэффициенты зависят только от геометрии корпуса судна. Графически это означает замену истиной кривой плеча формы (кривая I на рис.7.1) параболической кривой # степени (кривая 2 на рис.7.1),соответствующей (7.2).
Чтобы отклонения аппроксимирующей кривой от истинной были небольшими, необходимо потребовать выполнение всех граничных условий, чтобы не только координаты кривых,но и углы наклона касательных к ним были одинаковыми при таких граничных положениях как При этом функция ,как известно,должна быть нечетной, периодической,с периодом Z3T ,однозначно определяемой и дифференцируемой.
Замена функции 1р (7.1) степенным рядом (7.2) выгодно по сравнению с заменой тригонометрическим рядом,так как она дает возможность проще исследовать изменения плеча остойчивости формы на больших углах крена. Надо учитывать и то,что вычислительные операции над элементарными функциями всегда проще,чем над трансцендентными. Нечетсность функции If позволяет отбросить все четные члены в (7.2),следовательно,можно записать выражение следующего вида: Решение системы (7.9) дает необходимые выражения корней (коэффициентов CLi в (7.5) через обобщенные характеристики геометрии судна остойчивости судна формулу (7.5) удобнее привести к виду формулы В.Г.Власова - С.Н. Благовещенского.
Порядок расчетов остойчивости при применении приближенной формулы (7.8) формально ничем не отличается от порядка расчета при помощи формулы В.Г.Власова - С.Н.Благовещенского. Опыт поверочных расчетов показывает,что применительно к простейшим телам (понтонам прямоугольного,круглого и эллиптического сечений),как и применительно к реальным судам /38 7,формула (7,8) обеспечивает точность одного порядка по сравнению с формулой В.Г.Власова,которая неоднократно цризнавалась разными исследователями наиболее точной из существующих приближенных формул остойчивости [ 38, 48, 61/. В частности,такое сравнение для маломерных судов Вьетнама дано в 8. Отметим,что приближенная формула плеча остойчивости (6.9) обладает некоторым преимуществом перед другими существующими,так как она позволяет несколько удобнее исследовать характер кривой плеч остойчивости U ,по крайней мере,во всем практически важ , I / о 4 Ж s ном диапазоне углов наклонения судна: ( / - 2. ). Дело в том,что,если плечо остойчивости веса судна,которое выражается как QoSM0 ЇГДЄ Qg - возвышение ЦТ судна над его ЦВ при равновесном положении ( = 0) ,разложить в степенной ряд: то можно записать выражения для плеча статической остойчивости в целом,а не только для плеча формы в виде степенного ряда с четырьмя нечетными членами: где коэффициенты fli определяются на основании формул (7.6 )
Таким образом,первая производная %д ,т.е. метацентри-ческая высота в данной системе координат,в соответствии с (7.13), примет следующий вид: где h - метацентрическая высота судна,подсчитанная в системе координат Путем подстано вки,например,через: можно привести уравнение для определения угла Вт , исходя из (6.14),к полному кубичному уравнению корни которого можно всегда найти по известному решению Кардано. Выражение плеча остойчивости через тригонометрические функции к такому решению не приводится.
Указанные свойства найденной приближенной формулы остойчивости будет частично использовано в главах 3 и 4. Степень достижимой точности обычно рассматривается как один из решающих факторов по оценке практической ценности той или иной приближенной формулы. Вопрос о требованиях к точности,предъявляемых к приближенному способу расчета плеча остойчивости или к общей задаче расчета остойчивости в целом,представляется сегодня еще не решенным.
Точность расчета плеча остойчивости определяется точностью тех или иных операций,которая,в свою очередь,зависит от точности расчет ных формул и точности исходных данных. В частности, в обычных расчетах это связано и с точностью съемки данных по теоретическому чертежу. Кроме того,результат зависит от точности определения весов и положения центра тяжести судна.
Пределы допустимой погрешности упомянутых операций практически известны. Было установлено /26 У,что допускаемая погрешность при расчетах остойчивости на больших углах крена составляет 5 IQffo (от величины максимального плеча или моментов). Однако с точки зрения практики вопрос о требуемой точности следует дополнить вопросом о том,какая точность достижима. Известно,что проверка остойчивости уже построенных судов выполняется с помощью опытов кренования,в которых определяются водоизмещение и положение центра тяжести судна,его начальная мета-центрическая высота ho и связанный с ней период собственных бортовых колебаний. Они рассматриваются как наиболее точные (измерительные) способы окончательного определения остойчивости.
Поэтому точность приближенных способов оценки остойчивости должна согласовываться с точностью,обычно достижимой в практических условиях проведения этих опытов. При рассмотрении вопроса о требуемой точности приближенных способов оценки остойчивости в данной работе мы ограничиваем свою цель тем,чтобы более или менее обоснованно подойти к решению главной поставленной задачи,а именно выбора критериев и разработки норм остойчивости маломерных судов рыболовного флота GPB. Для этого в работе было проделано сравнение данных,полученных различными приближенными способами,включая и вновь разработанный данными,полученными по методу Крылова - Дарньи.
Выбор критериев и нормативов для нормирования остойчивости малых су дов Вьетнама на основе имеющейся практики
Сравнительные расчеты,которые были проведены в первой главе данной работы,показывают,что для данного класса маломерных судов наиболее жесткими являются требования к плечу статической остойчивости при максимальном угле крена ( t-8/n ) и самого положения максимума ( от ). Норматив критерия погоды ( K=I ) для данного класса судов оказывается почти всегда легко выполнимым.
Поэтому этот норматив может считаться заведомо обеспеченным,если выполняются требования к диаграмме остойчивости с учетом специфических особенностей малых судов,о которых говорилось выше,и становится очевидной возможность отказа от этого критерия.
В отношении элементов диаграммы остойчивости большинство авторов норм и рекомендаций практически реализуют представление Я.Ра-холы о некоторой минимально допустимой диаграмме,которую однако не обязательно задавать в каждой точке бесчисленным множеством ординат. Достаточное для практики приближение к такой минимальной диаграмме может быть достигнуто,если зафиксировать лишь небольшое число характерных элементов,которые могут и не иметь по отдельности большого самостоятельного физического смысла,а лишь в совокупности предопределяют узкие пределы возможных отклонений фактической диаграммы от минимальной.
Такими критериями часто являются углы максимума и заката диаграммы, начальная метацентрическая высота,плечо при каком-либо характерном угле крена (например,при 8т или Q - 3D0),площадь под диаграммой от 9 =0 до некоторого значительного угла крена и т.п. (см.таблЛ,приложение I). В некоторых случаях,однако,можно указать и на определенный физический смысл нормирования таких элементов.
При работе судов в условиях волнения часто возникает необходимость обеспечить им достаточно большую величину начальной ме-тацентрической высоты h0 с тем,чтобы исключить валкость,при наличии которой суда могут плавать с большим начальным креном,созданным обычным ветром. Это приводит к ухудшению мореходных качеств судов из-за опасности заливания палубы и возможного смещения грузов.
Назначение величины угла заката статической диаграммы остойчивости имеет важное значение,особенно для маломерных судов,чтобы обеспечить сток воды,влившейся на палубу,
В / 60 J было детально, проанализировано назначение критерия угла максимума диаграммы Рида. Этот критерий приобретает определенный смысл в тех нормах,где явление качки или совсем не учитывается или учитывается недостаточно полно. Дело в том,что в условиях резонанса суда получают амплитудные значения крена в мо- v мент,когда они находятся на подошве волны. В это время они находятся только под действием восстанавливающего момента. В таких случаях для низкобортных судов возможно попадание воды на палубу, из-за чего возникает кренящий момент,направленный на встречу волнению. Этот момент может оказаться больше восстанавливающего Мд и при этом не безразлично,превышает ли амплитуда качки Ва угол максимума или нет. В первом случае возможно опрокидывание судов навстречу волне (при Вт 4 В0 ),а в противном случае ( при Вт Во) менее вероятно такое опрокидывание. Поэтому угол максимума диаграммы остойчивости проф.Н.Б. Севастьяновым рассматривается как дополнительный критерий остойчивости судна,испытывающего качку на волнении. При этом он рекомендует соблюдать условие: где "т - максимум диаграммы статической остойчивости; Во - амплитуда качки судна на волнении.
Разные критерии статического плеча ( 1т по нормам Регистра СССР и других стран; 1зо по нормам ВТТ, DSRKjMQ и т.д.) направлены на обеспечение достаточной величины восстанавливающего момента в обычных условиях и особенно при ходе судов на попутном волнении Ді,42,43,44,45 ,/,а критерии по динамическому плечу (критерии ЙМО и разных стран) назначаются для условия работы судов при динамическом приложении кренящего момента.
Анализ аварийной статистики,который неоднократно делался разными авторами /1,11,35,60 J,показывает сравнительно высокие оцен --ки значимости именно критериев плеч статической остойчивости на достаточно больших углах крена ( 1т , ш , -djo ) и максимума диаграммы 8т . В ряде случаев эти критерии являются определяющими, т. е. наиболее жесткими критериями,особенно применительно к рассматриваемому в данной работе классу судов.
Последнее формально объясняется также тем,что для любого судна при любой заданной осадке все элементы,характеризующие диаграмму Рида,находятся в однозначной связи. Эта связь не является универсальной для судов произвольной геометрии,но для судов со сходной геометрией,т.е. для судов одного класса,все элементы диаграммы довольно тесно взаимно коррелированы. Поэтому задав один- два элемента диаграммы,мы тем самым можем обеспечить почти автоматически соответствующие значения остальных элементов для судов сходной геометрии. Таким образом,исходя из этих соображений оказывается возможным предложить в качестве критериев остойчивости малых рыболовных судов Вьетнама следующие элементы. 1. Плечо статической остойчивости і зо при крене на д =30. 2. Положение максимума диаграммы статической остойчивости (диаграммы Рида).
Нормативные величины для указанных выше критериев в дальнейшем отбираются на базе имеющегося опыта разных стран в такой последовательности. 1. Предварительно задаем варианты значений норды для указанных критериев (см.табл.ЮЛ). 2. Для каждого варианта сравниваем жесткость и согласованность как для самостоятельной системы норм с нормами кодекса безопасности моряков и рыболовных судов ИМО,1974,предназначенными как официальная рекомендация международного плана по обеспечению остойчивости малых судов,а также с полными рекомендациями ИМО 1968г.
Выбранным в качестве предварительно предлагаемых критериев остойчивости маломерных рыболовных судов Вьетнама будет тот вариант, который отвечает условиям,оговоренным в самой постановке задачи (J$5),TO есть тот,который лучше согласуется с международ/ ными рекомендациями и в то же время одладает достаточно большой практической подтверждаемостью.
Расчеты были произведены по методике,разработанной в /60 J9 которая позволяет не только качественного и количественно оценить степень жесткости и согласованности рассматриваемых систем норм» Основным и исходным показателем сравнения при этом,как известно, является коэффициент характеризующий критическое положение ЦТ судна ( їкр ) в долях от его высоты борта ( Н ): Здесь под i Kfi понимается критическая высота центра тяжести судна по данной системе критериев в целом (а не по отдельной норме). Следовательно,его значение определяется как наименьшее по разным критериям данной системы в каждом расчетном случае.
Предложения по определению связи между обычными и обобщенными характеристиками формы судов
Обозначим через V объем судна по исходную ватерлинию W0L0 при осадке Т (рис.15.I). При наклонении на 90 судно будет плавать по ватерлинию , параллельную ДП и отсекающую тот же объем У , который можно представить в виде суммы двух объемов: Объем н есть половина полного объема непроницаемого корпуса (от борта до ДП) - . Объем Уs. заключен между ДП и ватерлинией WL . Координаты центров величины объемов W и У2 будем пока считать известными,обозначения их соответственно ( Ум , ic i ) и ( Ум , 1и Запишем очевидные выражения для координат центра величины судна водоизмещением У , плавающего в повернутом на 90 положении, осносительно выбранной системы координат (рис.15.I).
Заметим,что эти формулы справедливы при любой величине , определенной по (15 Л), так как подстановка У і и У а в (15.2) должна производиться с учетом их знаков:при положении WL правее ДПІ4=І/-И #,а Уса 0 ;при положении W L левее ДП Vz = V V/ 0 ,а Усг 0.
Отметим два свойства статических моментов объемов,входящих в числители выражений (15.2),которые могут иметь практический интерес. Они состоят в том,что при переходе ватерлинии WL от правого борта судна до левого борта величина W принимает соответствующие предельные значения:
Объем Уг меняет свой знак от отрицательного к положительному при _У У, . В то же время ё. а всегда сохраняет положительный знак. Таким образом,с увеличением водоизмещения монотонно увеличивается и статический момент ( 4,-1 и Уг ісг ) Характер изменения г (форм 15.2) зависит от особенности формы корпуса. Что же касается статического момента относительно ДП ( У,- У а + У/Ум ),то при У" Уі он достигает своего максимума, равного УіУа (кривая 2, рис.15.2). При переходе ватерлинии от правого борта до левого,величина У ею (кривая Mxoiv, рис. 15.2) принимает значение соответственно /2 и 0, а при V = Vi она превращается в У а .
На основании рисунка (15.2) можно утверждать,что в районе У У, существует зона, где статический момент водоизмещения относительно ДП почти постоянен и равен V/Ум .следовательно, есть величина,оборатно пропорциональная водоизмещению (см.форм. 15.2).
Обозначим через коэффициент Ну отношение объемов то есть: Тогда зависимости (15.2) можно выразить через у следующим образом: При VsУікоэффициент v принимает значение,близкое к единице,и поэтому ( і " h ) будет малой величиной по сравнению с Более того,при этом же условии,толщина дополнительного слоя, образующего объем й ,очевидно,будет мала,поэтому будет мала и ордината центра У а , по сравнению с Усі .В конце концов,вели чиной ( У пу ) Уа при указанном условии можно пренебречь по сравнению с первым членом КУМ .
Данные таблицы (16.I),полученные расчетами по обычным методам приближенного интегрирования применительно к четырем выбранным судам рассматриваемого класса (2),хорошо свидетельствуют об этом. На основании этих данных также можно отметить,что для реальных обводов малых судов Вьетнама величины 2 а и 2 а весьма близки,так что практически можно без значительной погрешности принимать 2ct Л 2 сг
С учетом последнего формі улы (15.4) можно записать в более простом виде: Попытаемся связать обобщенные характеристики,такие,как w Усі , 2 сі с обычными неометриескими характеристиками судов, а также связать предложенные выше критерии остойчивости с элементами формы корпуса и нагрузки.
Для этого пользуемся параболической аппроксимацией судовой поверхности в области от киля до палубы: Эта простейшая аппроксимация обеспечивает,как нетрудно убедиться, получения заданного водоизмещения Vo LBTa и заданной площади ватерлинии5=1 при уровне ватерлинии над основной плоскостью Z-7 .
В отличие от реальных судовых поверхностей эта поверхность однозначно связывает коэффициенты полноты) - где/- коэффициент вертикальной полноты; І - коэффициент продольной полноты. В остальном поверхность вида (16.I) позволяет с хорошей точностью анализировать ряд полезных свойств судовых поверхностей. Так,например,из уравнения (16.I) автоматически получается известная формула Эйлера для возвьшения ЦВ над основной при нулевом угле крена. а также уравнение строевой по ватерлинии которое используется при выводе формулы (16.3) и при расчете вместимости корпуса по известной формуле fbj .
Заметим,что именно из этой формулы следует,что коэффициент седловатости Ьс связан с так называемой приведенной высотой борта ПІ ( см.формулу 14.3): и _ Wц Вследствие чего полную вместимость корпуса по верхнюю палубу
Для определения координаты У# используем формулу (I6.I) и определим статистический момент объема относительно диаметральной плоскости: L/i Й1
В таблице (16.1) представлены данные для Ясі и 2сі полученные приближенными формулами (16.8) и (16.10) (строки 16,17), и путем приближенного интегрирования по чертежу четырех рассматриваемых маломерных судов Вьетнама (строки 20 и 21). Из сравнения видно,что выведенные выше приближенные формулы для связи обобщенных характеристик v , У а , 2а с обычными характеристиками,обеспечивает вполне достаточную точность: погрешность не превышает обычно 3-4% по сравнению с точными данными. Кроме того,на основании статистики можно предложить еще следующие эмпирические формулы для определения Уа и іоі :
В таблице (І6.І) также включены данны,полученные для этих координат применением формул (16.12) ( см. строки 18 и 19). Как видно из сравнения,что несмотря на простоту,эти эмпирические формулы обеспечивают для данного класса судов результаты, которые во многих случаях оказываются более точными,чем формулы (16.8) и (16.10). Разумеется,что преимущество формул (16.8) и (16.10) заключается в применимости их для любого типа обводов; в то же время прежде чем,применять формулы (16.12) для какого-либо типа судов,требуется проверить и уточнить их с учетом особенностей данной формы судов.
Постановка задачи пересчета остойчивости проектируемых судов по данным прототипа не нова и была рассмотрена неоднократно разными авторами /"20,54,617. Суть метода заключается в том,что характеристики остойчивости судна,в том числе и плечо остойчивости,можно рассматривать как функции от главных размерений и коэффициентов формы судна,
