Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Эксплуатационные требования предъявляемые к малым морским судам 13
1.1. Малые морские суда 13
1.1.1. Задачи решаемые прибрежными и портовыми малыми судами 13
1.1.2. Классификация малых судов по типам и назначению 17
1.1.3. Влияние прибрежного мелководья на мореходные качества ММС
1.2. Анализ аварийности малых морских судов 30
1.3. Краткий обзор литературы по теме исследования 36
1.4. Общая постановка задачи исследования 40
1.5. Выводы по разделу 42
Раздел 2. Использование теории риска в задачах проектирования ММС 43
2.1. Постановка задачи 43
2.2. Идентификация опасностей 49
2.3. Определение величины риска 54
2.4. Расчёт величины риска и стоимости последствий гибели малого морского судна 58
2.5. Выводы по разделу 62
Раздел 3. Оценка остойчивости малых морских судов 64
3.1. Нормативные показатели остойчивости ММС 64
3.2. Остойчивость аварийных и неаварийных ММС 76
3.3. Анализ требований к ДСО малых морских судов 80
3.4. Анализ требований критериев погоды для ММС 91
3.5. Выводы по разделу 96
Раздел 4 Обеспечение остойчивости при проектировании малых морских судов 97
4.1. Пересчёт диаграммы статической остойчивости при аффинных преобразованиях теоретического чертежа 97
4.2. Пересчёт диаграмм статической остойчивости дифференциальным методом 100
4.3. Рациональные границы балластировки судна с целью повышения начальной остойчивости 107
4.4. Повышение остойчивости малых морских судов за счёт применения штормовых тентов 110
4.5. Выводы по разделу 116
Раздел 5. Проектирование малых морских судов с учётом теории риска 117
5.1. Использование модуль-корпуса при проектировании ММС различного назначения 117
5.2. Особенности определения водоизмещения ММС 125
5.3. Определение главных размерений малых морских судов 130
5.4. Выбор высоты надводного борта малых морских судов 136
5.5. Анализ ходкости, мощности и скорости ММС 142
5.6. Построение матрицы риска по характеристикам остойчивости малых морских судов 150
5.6.1. Определение области допустимых рисков на основе критериев погоды 150
5.6.2. Анализ критериев погоды с использованием матрицы риска 155
5.6.3. Нормирование характеристик районов плавания по величине ДСО с определением величины риска возникновения аварий ной ситуации 161
5.7. Выводы к разделу 5 169
Заключение 170
Список использованных источников 172
Приложение а
- Классификация малых судов по типам и назначению
- Расчёт величины риска и стоимости последствий гибели малого морского судна
- Остойчивость аварийных и неаварийных ММС
- Пересчёт диаграмм статической остойчивости дифференциальным методом
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Проблемы обеспечения высокой безопасности плавания морских судов требуют непрерывного совершенствования, как методов проектирования новых типов судов, так и всемерного улучшения качества их эксплуатации. Развитие портового и промыслового хозяйства в первую очередь будет зависеть от развития её портовой структуры, частью которой являются малые морские суда (ММС) различного назначения, к которым относятся портовые буксиры, малые пассажирские суда, рабочие и водолазные суда, лоцманские катера и промысловые суда различного назначения. По данным классификационных обществ "Регистр судоходства РФ" и "Регистр судоходства Украины" численность судов дедвейтом более 100 тонн составляет более 3000 единиц, это - те суда, которые официально внесены в Регистровые книги классификационных обществ.*
Регистр также осуществляет надзор за маломерным флотом страны – судами, дедвейт которых менее 100 тонн – их на РФ насчитывается около 50 – 60 тысяч единиц, и численность с каждым годом увеличивается, в основном, за счёт появления судов прогулочного класса. Однако, и крупные суда, и малые имеют достаточно большой срок эксплуатации и технически уже устарели.
Данное обстоятельство привело к обострению экономических, социальных и других проблем, отрицательно повлияло на состояние продовольственного обеспечения населения государства и особенно в традиционных центрах рыбного хозяйства Российской федерации.. В сложившейся ситуации развитие малотоннажного флота рыбной промышленности является наиболее рациональным выходом. Причем, это касается не только промысловых судов, но и развития судов другого назначения, а именно, круизного, прогулочного и малого обслуживающего флота, требования к которым по безопасности аннолагичны требованиям, предъявляемым к промысловым судам при эксплуатации.
С развитием курортного бизнеса возникает необходимость проектирования ММС ограниченного района плавания для обеспечения местных перевозок грузов и пассажиров в приморских городах, а так же развития системы экологического контроля и мониторинга. При этом маломерный флот, а именно, суда с длиной корпуса от 10 до 45 метров в основном будут эксплуатироваться малыми и средними предприятиями, которые не имеют больших финансовых возможностей строить крупные суда. И поэтому очень важно обеспечить снижение стоимости постройки судна, как на стадии проектирования, так и на стадии строительства за счет серийности постройки.
Учитывая выше сказанное, особенно важно, в первую очередь, обеспечить высокую степень безопасности при эксплуатации ММС, работающих в прибрежных районах плавания уже на стадии эскизного проектирования.
Цель работы. Совершенствование теоретических основ проектирования ММС ограниченных районов плавания с использованием принципов теории
- актуальность диссертационной работы рассматривалась в период подготовки её к защите в Совете ВАК Украины.
риска. Анализ наиболее общих факторов, оказывающих влияние на мореходные качества и характеристики судна. Выработка практических решений повышения надёжности и безопасности малых морских судов при эксплуатации на начальных стадиях проектировании с использованием принципов теории риска.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи :
-
Определение общих условий эксплуатации ММС и оценка их влияния на уровень безопасности на основе анализа причин аварийности.
-
Разработка метода оценки возникновения рискового события при эксплуатации ММС на основе формальной оценки безопасности.
-
Исследование особенностей остойчивости ММС различного назначения и определение проектных и практических методов её повышения.
-
Анализ основных особенностей определения характеристик и мореходных качеств ММС с учетом обеспечения необходимого уровня безопасной эксплуатации.
-
Определение основных особенностей проектирования ММС на основе теории риска.
Объектом научного исследования являются малые морские суда различного назначения, которые имеют ограничения по районам и сезонам плавания.
Предметом научного исследования являются методы проектирования малых морских судов ограниченных районов плавания и количественная оценка риска возникновения аварийной ситуации.
Методы исследования. Поставленные в диссертации задачи и проведенные исследования решены с использованием теоретических и практических методов проектирования судов на начальных этапах, системного подхода к исследованиям, экономико-математических методов оценки вероятности возникновения аварийной ситуации на основании теории риска и, в том числе, метода формальной оценки безопасности. Анализ статистического материала выполнен с использованием методов математической статистики. Работа содержит положения по усовершенствованию методов проектирования на начальных стадиях в отношении малых морских судов, эксплуатирующихся в условиях прибрежного плавания и ограниченных районов эксплуатации, путём использования риск-ориентированных методов.
Научная новизна. В итоге проведенных в работе исследований получен ряд новых научных результатов:
впервые предложен формализованный метод оценки возникновения рискового события при эксплуатации малых морских судов на основе положений по общей теории риска;
выполнен анализ влияния различных характеристик малых морских судов на показатели остойчивости;
предложен формализованный метод оценки риска возникновения аварийной ситуации с ММС, основанный на характеристиках остойчивости проектируемого судна;
разработана методика проектирования ММС на основе совместного использования метода аффинных преобразований и дифференциального способа проектирования на начальных стадиях;
предложены статистические зависимости значений главных размерений малых морских судов для определения их на начальных стадиях проектирования;
впервые предложен способ оценки остойчивости ММС на основе значений критериев погоды и применения методов теории риска.
Основные положения, выносимые на защиту:
методика пересчёта ДСО проектируемого судна, повышающая точность расчётов путём совместного использования метода аффинных преобразований и дифференциального способа определения характеристик судна;
статистические зависимости для определения главных размерений на начальных этапах проектирования ММС различного назначения;
метод проектирования ММС с использованием проектного модуль-корпуса судна, который позволяет получать характеристики судна, используя корпус прототипа;
метод оценки наступления рискового события при эксплуатации ММС, и нормирование характеристик районов плавания по величине диаграммы статической и динамической остойчивости с определением величины риска возникновения аварийной ситуации.
Практическая значимость. Практическое значение результатов диссертационной работы состоит в разработке методики оценки уровня безопасности проектируемого судна на основе оценки остойчивости судна и способы повышения остойчивости на начальных стадиях проектирования. Теоретическое значение заключено в том, что впервые задача проектирования малых морских судов исследована с позиции комплексного обеспечения высокого уровня безопасности эксплуатации, определены основные факторы, которые существенно влияют на безопасность малых морских судов. Предложены практические рекомендации по использованию полученных зависимостей при проектировании малых морских судов. Результаты могут быть использованы в проектно-конструкторских и научно-исследовательских организациях при проектировании новых малых судов. На основе анализа существующих разработок выстроена система оценки безопасности судна с использованием теории риска, и предложен способ определения уровня безопасности малого морского судна в зависимости от принятого заказчиком решения по запасу остойчивости.
Прикладное значение полученных результатов заключается в том, что разработанный комплекс методов и методик проектирования малых морских судов может быть использован в программных комплексах и использоваться при реа-
лизации проектов малых морских судов хозяйственного назначения для ограниченных районов плавания.
Внедрение. Результаты работы использованы при выполнении госбюджетной научно-исследовательской работы "Разработка метода оценки остойчивости малых морских судов на основе использования теории риска", выполненной на кафедре "Океанотехника и кораблестроение".
Результаты работы внедрены в Севастопольском государственном университете и используются в учебном процессе при проведении занятий по курсу «Особенности проектирования малых морских судов», а так же при написании автором учебного пособия "Особенности проектирования малых морских судов", и учебного пособия в соавторстве "Основы проектирования судов и плавучих сооружений. Часть 1. Определение основных элементов и главных раз-мерений проектируемого судна" для студентов направления подготовки 26.03.02 "Кораблестроение, океанотехника, системотехника объектов морской инфраструктуры" и специальности 26.05.01 "Проектирование и постройка кораблей, судов и объектов океанотехники" и при выполнении курсовых, дипломных проектов и научно-исследовательских работ студентов.
Достоверность. Результаты исследований базируются на данных аварийной статистики малых морских судов, а используемые в диссертации методы основываются на широко известных в теории проектирования судов научных положениях. Обоснованность научных положений и достоверность выводов базируется на выполненных и представленных в работе расчётных моделях. Предложенные методы оценки вероятности возникновения аварийной ситуации качественно влияют на выбор основных элементов и характеристик малых морских судов при проектировании на начальных стадиях.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены и обсуждены и получили положительную оценку на международных и межвузовских научно-технических конференциях: "Безопасность мореплавания и её обеспечение при проектировании и постройке судов" (г. Николаев, 2007 г.); "Менеджмент малого и среднего бизнеса: эффективность, конкурентоспособность, устойчивость" SBM-2009 (г. Севастополь, 2009 г.); "Эффективная и безопасная эксплуатация морских судов и сооружений" (г. Севастополь, 2009 г.); "Иновации в судостроении и океанотехнике" (г. Николаев, 2010, 2011 г.); "Актуальные проблемы судоходства, судостроения и судоремонта" (г. Одесса, 2011 г.); "Сучасні технології проектування, побудови, експлуатації і ремонту суден, морських технічних засобів і інженерних споруд" (г. Николаев, 2012, 2013г.),"Совершенствование проектирования и эксплуатации морских судов и сооружений" (г. Севастополь, 2015, 2016 г.); "Будущее технической науки" и "Современные технологии в кораблестроительном и авиационном образовании, науке и технике" (г. Нижний Новгород, 2016 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ: 3 статьи в сборниках научных трудов, рекомендованных ВАК Украины для опубликования материалов диссертационных исследований*.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованных источников и приложений. Основной материал изложен на 167 страницах машинописного текста, содержит 43 таблицы и 58 рисунков, 202 наименования списка литературы, пяти приложений.
Классификация малых судов по типам и назначению
Для определения и классификации данного типа судов необходимо обратиться к оценке их различными квалификационными обществами. Дело в том, что в настоящее время нет общепризнанного, достаточно строго определённого и обоснованного понятия маломерного судна, однозначно отделяющего его от других типов судов, таких как "малотоннажные". Эту группу судов часто называют не только судами прибрежного плавания, но также малыми судами, или по определению Л.М. Ногида [100], – мелкими судами.
Основное влияние на подход и принципы классификации качеств маломерных судов прибрежного плавания оказывают особенности эксплуатации, целевое назначение, ограниченные районы и автономность плавания, малые размеры морских судов, промысловые и экономические условия страны. Всё это, в конечном счёте, предопределяет особый подход к их проектированию, по сравнению с судами неограниченного района плавания.
Часто используется и понятие малотоннажного флота. Так Антипов Р.А. в работе [13] к многочисленной группе малых промысловых судов относит суда длинной до 30 м с двигателем мощностью не более 300 л.с. и имеющие ограниченный район плавания. В работе [15] автор также пытается конкретизировать приведенное определение, а именно, к малым промысловым судам относят суда длиной до 35 м., осуществляющие лов в прибрежных районах морей и во внутренних водоёмах, в том числе и в пресноводных: как правило, они имеют огра ниченный район плавания. Мощность их энергетических установок колеблется в пределах от 15 до 600 кВт. Значительная часть малых промысловых судов работает автономно с ежесуточным возвращением в порт или со сдачей сырья на обрабатывающую базу. Поэтому малые добывающие суда имеют, в основном, автономность по запасам от 1 до 5 суток, и в редких случаях – до 10 суток.
В большинстве стран, поддерживающих Ассамблею Межправительственной морской консультативной организации(IMO), "малой мерой", которая дает основание отнести судно к маломерному, является длина судна с верхним пределом 24 м (80 футов), допуская в этом диапазоне различия судов по другим важным классификационным признакам, при этом длина судна в большей степени теряет своё определяющее значение в классификации судна.
В Правилах классификации и постройки прогулочных судов Российского морского регистра судоходства Российской федерации под надзор попадают малые морские суда "… с наибольшей длинной корпуса от 2,5 м до 24 м включительно … и пассажировместимостью не более 12 чел…." [113]. И, аналогично, согласно Правилам классификации и постройки малых морских рыболовных судов применяются "… при осуществлении технического наблюдения и классификации морских рыболовных судов в постройке длинной от 12 до 24 м и мощностью главных двигателей от 55 до 375 кВт." [114].
Аналогичные ограничения по мощности и валовой вместимости предусматриваются и в Правилах Украинского морского Регистра судоходства 2004 года, только с одним существенным отличием, заключающмся в том, что приведенные величины мощности и вместимости являются верхними границами надзора за подобными судами. Поэтому на суда более 24 м данные правила не распространяются.
Согласно действующим на Украине Правилам классификации и постройки малых морских судов под определение малое судно попадают "…суда и другие плавучие сооружения и средства, наибольшая длина корпуса которых составляет до 24 м включительно, полезной грузоподъёмностью от 80 кг, и которые не предназначены для размещения более чем 12 пассажиров на борту, перевозки опасных грузов и использовании в качестве пассажирских судов, ледоколов, бук сиров-толкачей, плавучих кранов, судов технического флота". При этом Правила не распространяются на самоходные суда с главным двигателем менее 55 кВт и несамоходные суда валовой вместимостью менее 80 т., если они подведомственны Государственному департаменту рыбного хозяйства Украины" [112].
Основное влияние на подходы и принципы нормирования проектирования малых судов оказывают в большинстве случаев природно-экологические, промысловые и экономические условия региона, в котором будет эксплуатироваться судно. Если страна или регион не имеют защищенных мелководных бухт или заливов, то данные условия предопределяют эксплуатацию маломерного флота в довольно удаленных от берега и относительно глубоководных промысловых районах. Это требует применения на судне специального технологического оборудования: для первичной обработки улова, для применения активных методов и орудий лова, для увеличения времени рейсов и преодолеваемых расстояний.
Несмотря на разницу в конструкции, архитектуре, технических условиях эксплуатации, требованиях безопасности плавания, судовождения, специфике плавания в прибрежном волнении и на мелководье, малые суда прибрежного плавания различных типов в то же время имеют много общего, что и необходимо учитывать при проектировании этих судов.
Из выше изложенного следует, что к разряду малых морских судов прибрежного плавания можно отнести весьма значительную группу судов самого различного целевого назначения и размерений. В диссертационной работе рассматриваются группы малых морских судов, которые имеют ограниченный район плавания согласно Правилам Регистра судоходства Российской Федерации, занятые в промышленном или хозяйственном производстве, определение которым было приведено выше: транспортно-грузовые суда; транспортно-пассажирские суда; рыбопромысловые суда; рейдовые и портовые буксирные суда; служебно-разъездные; суда специального или технического назначения (лоцманские катера, портовые рабочие катера), имеющие ограниченные районы плавания.
Расчёт величины риска и стоимости последствий гибели малого морского судна
Предложенные в качестве примера типовые деревья событий рассматривают варианты наиболее тяжёлые с позиции обеспечения безопасности и напрямую связаны с потерей остойчивости во время выполнения сложных операций в бурном и ветреном море. Подкомиссией IMO SLF в 1984 году были рассмотрены опасные ситуации для судов в море для выработки "рациональных" критериев остойчивости [176], и сделан общий вывод об основных опасностях для судов в море: одновременное воздействие на судно боковой волны и ветра, потеря остойчивости при возникновении параметрического резонанса с волнением, воздействие волн со стороны кормовых курсовых углов (105 - 175 и 195 - 255), воздействие крутых ломающихся волн, характерных для мелководья [160].
Для каждой опасной ситуации приведенной ранее,возможны различные сценарии опрокидывания судна. Это цепочка взаимосвязанных небольших событий, которые в конечном счёте приводят к опрокидыванию и гибели судна. Главным источником для построения сценария развития аварии являются протоколы разбора аварий, поэтому подготовленность экспертов в этой области играет значительную роль. В качестве примера приведено дерево возможных сценариев опрокидывания (см. рисунок 2.2), взятое из различных источников [161, 183].
Существующие алгоритмы анализа риска [132] состоят из трёх этапов. На первом этапе рассматриваются и определяются все возможные опасные ситуации и разрабатываются алгоритмы оценки мореходных качеств судна. Второй этап предусматривает критерии допустимого риска для всех опасностей первого этапа. Третий этап включает оценку допустимого риска и технико-экономическую оценку его последствий.
В предыдущем разделе был разобран первый этап анализа риска, были приведены основные опасности и построены, в качестве примера, деревья событий для определённых вариантов развития сценариев возможной аварии. Для построения дерева были установлены взаимосвязи между режимами эксплуатации оборудования и последствиями аварий. Что даст, в последствии, возможность произвести мероприятия по снижению риска. Дерево строится на основе сведений по произошедшим авариям. Построение дерева начинается с категорий аварий, которые могут быть разделены на подкатегории, допустимые логикой и имеющимися данными, с целью составления приоритетного списка рисков. Деревья отказов и последствий полезны для демонстрации каким образом инициируются и комбинируются исходные отказы, вызывающие аварии, а также для показа путей их развития до различной величины ущерба.
Условная вероятность P определялась по 5-ти бальной шкале (вероятность перелома 0 – 0,00049 в год – "1"; 0,00050 – 0,00075 в год – "2"; 0,00076 – 0,0010 в год – "3"; 0,00101 – 0,00200 в год – "4"; 0,00201 и больше в год – "5").
Условная вероятность P = 1 – соответствует пренебрежительно малой вероятности воздействия опасности, P = 2 – малой вероятности воздействия опасности, P = 3 – заметной вероятности воздействия опасности (требующая внимания, так как верхняя граница соответствует допускаемому уровню аварийности [Pав] = 0,00100 или риску уровня ALARP), P = 4 – относится к вероятности воздействия опасности, превышающей [Pав] = 0,00100 и соответствующей большинству существующих судов, наконец, P = 5 – эквивалентна вероятности воздействия опасности, заметно превышающей [Pав] = 0,00100, соответствующей самым слабым из существующих судов – это уровень "недопустимого" риска.
В качестве критерия безопасности следует принимать для годовых индивидуальных рисков: - недопустимый уровень риска – 10-3 год; - пренебрежимо малый уровень риска – 10-6 год; Диапазон между - 10-3 год и 10-6 год является зоной разумно осуществимого уровня. В качестве критерия безопасности следует принимать для годовых индивидуальных рисков: - недопустимый уровень риска – 10-3 год; - пренебрежимо малый уровень риска – 10-6 год; - диапазон между - 10-3 год и 10-6 год является зоной разумно осуществимого уровня.
Вторым этапом ФОБ является оценка уровня риска. Во множестве опубликованных работ предлагается единообразный подход к его расчёту, который в полной мере позволяет учесть финансовые потери при различных видах аварий судов. Зависимость для количественной оценки риска можно представить в виде R = P-C, где R - расчетная величина риска (1год руб/год); Р - вероятность воздействия опасности или наступления рискового события (1год); С - последствия от воздействия опасности или величина потерь (руб).
Размерность величины риска 1год будет приниматься в случае оценки риска гибели людей, а размерность руб/год при оценке риска потери материальных ценностей: судна, груза, объём экологического ущерба. Для расчета риска в стоимостном выражении используется выражение в виде где і - относится к категории опасности; к - категория ущерба или потерь; Ск -стоимость к -го последствия аварии; аік - весовой коэффициент к -го последствия при воздействии / -й опасности (изменяется от 0 до 1). Величина изменения риска AR = R0-R1 где R0,Rl - выражают стоимостную оценку риска до и после принятия мер по снижению риска соответственно. Условие приемлемости мероприятий по снижению риска аварий, суммарной стоимостью Z, можно выразить в виде неравенства Z AR, где z = YJZJ – зависимость, используемая при расчете стоимости мероприятий по снижению риска; j - индекс категории принятых мероприятий. При выполнении анализа аварий, произошедших в период с 1992 по 2010 год, представленных протоколами разбора Marine Accident Investigation Branch (MAIB) в количестве 33 аварий ММС ограниченных районов плавания, были идентифицированы несколько групп характерных типов аварий, связанных с определенными опасностями при их эксплуатации.
Для формальной оценки тяжести аварий и происшествий предлагается использовать известную формализованную шкалу степени ущерба. Она построена на основе шкалы, приведенной в MSC/Circ.1023 MEPC/Circ.392 (2002), и является достаточно эффективным инструментом для получения качественных оценок аварийных ситуаций в случае недостатка информации о последствиях, их составу и представлению в стоимостной форме (таблица 2.3).
Остойчивость аварийных и неаварийных ММС
Отметим, как Кодекс ИМО, так и Правила РМРС 2015 г не нормируют полную положительную площадь ДСО до угла заката. При этом подразумевается, что диаграмма статической остойчивости обрывается при угле заливания взал. И, следовательно, судно опрокидывается, что и фиксируется критерием погоды Кп 1,0.
Однако, Правилами для морских прогулочных судов нормируется закат ДСО вз 60 , а для малых морских рыболовных судов 6 з 70, при этом, значение плеча статической остойчивости для 1-й группы min/j 60„ 0,163 м рад., для судов 2-й группы - min /2 б0„ 0,152 м рад., при значении в = 60.
На рисунке 3.8(д) представлено статистическое распределение площади ДСО от 0 до 60 и функция s6ff = /(V). На графике отмечены линиями требования Правил Регистра для прогулочных судов с минимальным значением S60 = 0,160 м рад.
На графике ниже границы, установленной классификационным обществом, находятся 5 (12%) судов из всех 3-х групп, а именно, из 1 группы - Сейнер Joko Maru (Япония), U.K.F.1 (Англия), 2 из 2 группы - U.K.F/Y-7 (Англия), Сейнер Chauo Maru (1964), один из первой группы - МЧС проекта 565.
Интересно отметить, что малый черноморский сейнер МЧС проекта 565 водоизмещением V = 65,7 м 3 и S60, = 0,123 м рад при рассмотрении технического проекта в 1949 году не был утверждён Регистром СССР. Взамен МЧС тогда был разработан в 1950 году новый проект, и начато строительство средних черноморских сейнеров (СЧС) водоизмещением V = 96,5 м3, которые в последствии хорошо зарекомендовали себя при эксплуатации. На графике также нанесена (пункти 87 ром) линия, отражающая требования Правил Регистра для малых рыболовных судов с минимальным значением S60 = 0,168 м рад. Данные требования к площади ДСО, как видим из рисунка, являются более жёсткими, и некоторые суда 3 группы попали в недопустимую область. Всего из общего числа представленных судов не удовлетворяют требованиям КО 14 (34%) судов. В результате проведённого анализа значений площадей ДСО в функции объёмного водоизмещения можно отметить, что для значений S30,, S40, и S линии регрессии имеют практически нулевой наклон к горизонтали, т.е. влияние значения водоизмещения на площадь ДСО практически отсутствует. Однако для площадей S50, и S60, картина меняется, и влияние водоизмещения начинает оказывать заметное влияние на площадь ДСО.
Все совокупности значений на рисунках 3.11 - 3.15 имеют большой разброс и, соответственно, низкое значение коэффициента корреляции, ниже границы слабой устойчивой связи. Часть судов, которые оказались ниже границы требований классификационного общества, в большинстве были спроектированы под требования своих классификационных обществ и требований - это относится в основном к судам японской постройки. Однако необходимо отметить, что некоторая часть судов имела более высокие значения площадей, чем установленные Правилами классификационных обществ, практически в два раза.
Плечо статической остойчивости и соответствующий ему угол крена. Для рассмотрения следующего параметра остойчивости ММС обратимся к требованиям Кодекса ИМО по остойчивости[130] :
Для анализа использованы суда различного назначения, данные по которым приведены в таблице 3.1. Приложения В. На рисунке 3.9(а, б, в, г) представлена статистическая выборка /тх =/(#), из которой следует, что практически все представленные суда удовлетворяют условиям Кодекса ИМО / 0,20 м для неповреждённых судов, однако 5 (12,2%) судов всё же не удовлетворяют условиям КО. Что же касается угла крена при / , то при требованиях к в 25 не удовлетворяют только 3 судна: 2 судна из 1 группы - U.K.F.2 (Англия), U.K.F. 1 (Англия), 1 из 2 группы - U.K.F/Y-7 (Англия), а при 6 30 уже каждое четвёртое судно или 9 (22,0%) судов: 3 судна из 1 группы - Сейнер Joko Maru (Япония), C.A (Канада), A.C.S (Канада), 2 судна из 2 группы - Сейнер Chauo Maru (Япония), проект 388-РС-300 (СССР), 1 судно из 1 группы - проект 565-МЧС (СССР).
Проанализируем требования КО для судов согласно Правилам классификации и постройки морских судов ( изд. 2016 г.) и Правил классификации и постройки прогулочных судов (2012 г). На рисунке 3.9(б) представлены новые граничные условия согласно этим Правилам. В итоге, 9 (22,0%) судов не удовлетворяют требованиям по углу крена, но если в случае с требованиями Кодекса ИМО это была рекомендация, то в случае с Правилами, это требование обязательно к выполнению, т.е. 6 30. Более жёсткие требования Правила Регистра РФ к максимальному плечу / 0,25 м. В результате 17 (41,4%) судов не удовлетворяют этому требованию, т.е. каждое второе судно статистической выборки.
Следующие требования - это Правила Классификации и постройки малых морских рыболовных судов издания 2005 года 1 и 2 группы. На рисунке 3.9(в, г) обозначены границы для обоих групп рыболовных судов. Результаты получены аналогичные - 9 судов не удовлетворяют требованию в 30, а 12 (29,2%) не удовлетворяют требованию / 0,23 м для судов 1 группы.
Для рыболовных судов 2 группы необходимо уже обеспечить 1тх 0,22 м при 6 35. Согласно графику на рисунке 3.9 (г) эти требования не обеспечены у 6 (17,6%) судов по !ж, а вот по в уже 23 (56,1%) судна не обеспечивают требования. Таким образом, требования по углу крена для рыболовных судов в 35 являются наиболее сложно выполнимой задачей для исполнения.
Пересчёт диаграмм статической остойчивости дифференциальным методом
Данные пересчёта характеристик этих судов для размещения оборудования в модуль-корпусе проекта 1330, причём для 13 судов высота борта D 0 = 3.05 м принята по проекту 1330, а для оставшихся 7-ми судов принята D 1 = 2.50 м. Принимая значение надводного борта f min = 0.4 м, а f max = 1,0 м, при высоте борта модуль-корпуса проекта 1330 равной D = 3.05 м, получим dmax = 2.65 м и d mi n = 2,05 м, соответственно, при этом максимальное водоизмещение будет равно Аmax = 240 т, а минимальное водоизмещение будет равно Amin = 150 т. Для оставшихся 7-ми судов при высоте борта равной D 1 = 2.50 м и надводном борте f mi n = 0.4 м максимальная осадка d max = 2.10 м, а при fmx = 1.0 м минимальная осадка dmi n = 1.50 м, водоизмещение же при этом будет меняться от А = 150 т до AVn = 88 т.
Итак, из рисунка 5.6 видно, что в модуль-корпусе рыболовного судна проекта 1330 технически можно разместить оборудование 20 различных типоразмеров судов. При этом, естественно, необходимо оценить экономическую целесообразность, ибо, как например, для МРТ (позиция 20) необходимо длину судна увеличивать с L0 = 20,60 м до ц = 22,40 м, что приведёт в конечном счёте к увеличению стоимости судна в целом. Поэтому такое же решение будет целесообразным только в том случае, когда увеличение серии постройки судов даст большее снижение строительной стоимости проектируемого судна. Отметим, что из 20 рассматриваемых судов 10 судов имеют одинаковый главный двигатель Ne = 220 кВт.
Из рассмотренного материала можно сделать следующий вывод о том, что использование модуль-корпусов возможно при проектировании малых морских судов различного назначения. Этот способ имеет только одно ограничение по экономической целесообразности применения того или иного модуль-корпуса к проектируемому судну.
Важным вопросом при проектировании любого судна является достоверная информация о значении всех масс судна. От точности их расчёта зависит определение водоизмещения судна и его элементов, правильность всех последующих расчётов мореходных качеств, скорости и мощности. Однако определить точно водоизмещение на начальных стадиях невозможно. Поэтому необходимо выполнить укрупненный постатейный расчёт составляющих водоизмещения. Составляющие масс, в этом случае, определяются приближёнными методами с использованием зависимостей, которые содержат известные коэффициенты масс, полученные в свою очередь статистическим путём по принятым судам-прототипам. Далее рассмотрим характерный состав масс нагрузки и значение некоторых массовых коэффициентов для различных типов малых морских судов. При проектировании ММС уравнение масс судна выразим в виде А = PК+PМ+PТ+PГР+PСС, (5.1) где P К - масса корпуса с оборудованием, т; P М - масса энергетической установки, т; P Т - масса запасов топлива, т; P СС - масса судового снабжения, т; PГР -грузоподъёмность, т.
Уравнение масс при этом можно представить [16] в виде A = PW + PНЗ , (5.2) где P(D) - массы, определяемые в функции водоизмещения проектируемого судна; РНЗ - массы, определяемые, как независимые от водоизмещения проектируемого судна. Применительно к рассматриваемой задаче примем: РК=аК-А, (5.3) PМ=pM-Ne, (5.4) PТ=kM-r-pT-Ne, (5.5) где аК - измеритель массы корпуса с оборудованием, определяемый по данным нагрузки близких судов-прототипов; рм - измеритель массы энергетической установки, т/кВт; Ne - мощность главного двигателя судна, кВт; kM - коэффициент морского запаса; т - автономность плавания, сут; рт -удельный расход топлива, т/кВт сут.
В расчете нагрузки проектируемого судна грузоподъёмность РГР обычно задаётся в техническом задании, а масса судового снабжения РСС, включая массу экипажа с багажом, обычно определяется по соответствующим нормам для каждого типа ММС, с учетом района и автономности плавания. Поэтому раздел нагрузки РСС в уравнении масс (5.1) также включают в раздел независимых масс РНЗ. Таким образом, НЗ=ГР + СС Для определения мощности энергетической установки на ранних стадиях проектирования малых судов примем выражение вида [16] В работах [3, 122] рассмотрен способ определения водоизмещения буксирного судна, на его основании рассмотрим расчётный пример.
Проектируемое судно по техническому заданию имеет: РНЗ=РСС = 27 т; РМ = 111 т; РТ = 76 т; Ne = 882 кВт; vs = 12.5 уз; т= 12.3 сут. (данные технического задания соответствуют характеристикам буксира "Кутузов" из таблицы Д 1.1). В качестве судна-прототипа был принят буксир "Стремительный", имеющий данные: Д0 = 772 т; РМ 0 = 115 т; РТ0 = 182 т; PK0 = 422 т; Ne= 882 кВт; РНЗ=РСС = 40 т; vs = 12,8 уз; т0 = 29,5 сут.
При этом ошибка составляет 5 = 25 70 -100 = -46.6%. Отметим, что проектируемое судно (буксир "Кутузов") и судно-прототип "Стремительный" имеют одинаковую мощность Ne =882 кВт, тем не менее ошибка при определении водоизмещения имеет весьма большую величину.
Еще в работе [16] В.В. Ашик отмечал, что при проектировании буксиров и толкачей обычно задаётся их мощность. В этом случае масса РМ =рМ -Ne и масса РТ =рГ -км -т-Ne становятся независимыми от водоизмещения величинами.
Для повышения точности расчетов можно воспользоваться методом последовательных приближений. Учитывая, что водоизмещение судов-прототипов часто существенно отличается от водоизмещения проектируемого судна, так и в данном случае отличие составляет 62.3%.
Как видно из примера, определить водоизмещение малого морского судна на этой стадии путём расчета нагрузок достаточно сложно по причине отсутствия не только точных чертежей, а и потому что большая часть элементов судна неизвестна. Поэтому возникает необходимость связать массы судна с его водоизмещением и известными измерителями. При проектировании судов часто измерители делят на две части: общие измерители массы корпуса и механизмов и частные некоторых статей нагрузки, которые входят в массу корпуса и энергетической установки. Выражения, связывающие водоизмещение и укрупненные измерители массы корпуса, могут иметь общий вид[99, 120]: