Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современные методы определения качки судов на волнении 11
1.1 Практическая применимость учения о качке 11
1.2 История изучения вопроса о качке корабля 12
1.3 Численное моделирование и развитие программ по расчёту качки водоизмещающих объектов 19
Глава 2 Математическая модель качки конечной амплитуды 24
2.1 Системы координат 25
2.2 Принятые допущения при определении гидромеханических сил 27
2.3 Определение сил в рамках гипотезы А.Н. Крылова по переменной смоченной поверхности 39
2.4 Определение инерционно-демпфирующих сил 45
2.5 Определение дифракционных составляющих возмущающих сил действующих на мгновенную смоченную поверхность 46
2.6 Определение мгновенной смоченной поверхности 47
2.7 Алгоритм и программа расчёта 52
2.8 Верификация и валидация разработанной программы 55
Глава 3 Применение и результаты использования разработанной программы для расчёта поведения водоизмещающих объектов на волнах зыби большой крутизны 64
3.1 Расчёты АЧХ и сопоставление их с результатами расчета по другим программам и экспериментальными данными 64
3.2 Определение несимметрии колебаний водоизмещающих объектов на волнах зыби различной крутизны 71
3.3 Возможность использования программы для расчётов динамики средств океанотехники и оптимизации их формы корпуса 75
3.4 Определение возможности возникновения бортовой раскачки судов на продольном волнении; сопоставление с методикой ОСТ 79
Глава 4 Применение и возможности использования программы по определению качки водоизмещающего объекта на интенсивном нерегулярном волнении 85
4.1 Аппроксимация нерегулярного волнения 85
4.2 Расчёт динамики судов на нерегулярном волнении, сопоставление с экспериментальными данными 95
4.3 Решение практических вопросов с помощью разработанной программы 101
Заключение 109
Список литературы 111
Приложение А Таблицы сопоставления статистических данных по качке судов, полученные расчётным и экспериментальным путём 125
- История изучения вопроса о качке корабля
- Принятые допущения при определении гидромеханических сил
- Определение несимметрии колебаний водоизмещающих объектов на волнах зыби различной крутизны
- Расчёт динамики судов на нерегулярном волнении, сопоставление с экспериментальными данными
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Определение параметров движения судна на интенсивном волнении является одной из важнейших задач мореходности. Процесс качки плавучего объекта в таких условиях существенно нелинеен и представляет большие трудности для его расчёта ввиду существенного изменения формы смоченной поверхности и погруженного объема. Для проектирования судов с повышенной мореходностью необходимо иметь достоверные сведения о качке судна. Эти данные могут быть получены на основе эксперимента или на основе численного моделирования. Наиболее точные данные можно получить только на основании эксперимента, однако его применение на ранних стадиях проекта может заметно (в разы) увеличить длительность и стоимость проектирования по сравнению с использованием численного моделирования. В современном динамично развивающемся мире, в условиях жесткой конкуренции, это может существенно понизить экономическую эффективность и привлекательность проекта в целом. Поэтому, исходя из вышесказанного, на начальных этапах проектирования целесообразно производить математическое моделирование.
В настоящее время в мире существует значительное количество программ по расчёту качки судна на волнении. Большинство из них базируются на линейной теории качки, в которой силы, действующие на судно, определяются по постоянной смоченной поверхности корпуса. Эти программы дают приемлемую точность моделирования в случаях, когда нет существенного изменения смоченной поверхности (слабое и умеренное волнение). В условиях сильного волнения, когда судно испытывает значительную качку с существенным изменением смоченной поверхности, имеющиеся программы дают результаты, сильно отличающиеся от реальных. Само использование линейного подхода в решении задач, связанных с поведением судна на таком волнении, может приводить к трагическим событиям, связанным с ошибками при прогнозировании безопасности плавания. Поэтому при численном моделировании динамики водоизмещающих объектов на интенсивном волнении целесообразно пользоваться нелинейным подходом и, как следствие, нелинейными программами расчёта. Актуальность разработки таких методов, алгоритмов и программ расчёта состоит в том, что от корректного и точного решения задач нелинейной качки зависит уровень надежного проектирования и безаварийной эксплуатации судов в условиях волнения. Несмотря на важность этой темы, до сих пор не существует надёжного программного продукта по расчёту динамики судна на реальном морском интенсивном волнении, хоть это направление и является одним из первостепенных в научных исследованиях таких стран, как Англии, России, США, Франции, Японии.
Целью данной работы является разработка метода решения нелинейной задачи о качке корабля на интенсивном морском волнении, а также составление программы для его практического применения. Для достижения данной цели требуется решение следующих задач:
разработка метода определения мгновенной смоченной поверхности на регулярном и нерегулярном волнении;
разработка метода расчёта гидродинамических сил по мгновенной смоченной поверхности на основе известного массива потенциалов;
разработка идеологии и метода расчёта качки объектов на нерегулярном волнении во временной области;
исследование точности аппроксимации интенсивного нерегулярного волнения суммой гармоник и определение минимального необходимого числа гармоник;
разработка пакета практических программ, важных для решения прикладных задач текущего проектирования, и проведение их верификации и валидации в соответствии с международными стандартами.
Методы исследования. В диссертации использованы аналитические методы гидродинамической теории нелинейной качки, численные методы вычислительной математики, теория вероятности и математической статистики, а также методы прикладного программирования. Сопоставление и обобщение результатов исследований производились с привлечением данных литературных источников, модельных экспериментов и имеющихся программ.
Научная новизна и основные научные результаты, выносимые на защиту:
разработан метод расчёта дифракционных и инерционно-демпфирующих сил по мгновенной смоченной поверхности на основе известного массива потенциалов;
разработан метод определения мгновенной смоченной поверхности на регулярном и нерегулярном волнении;
разработана идеология и метод расчёта качки объектов на нерегулярном волнении большой интенсивности во временной области;
проведено исследование точности аппроксимации нерегулярного волнения суммой гармоник и определено минимальное число гармоник для аппроксимации различных спектров;
разработан соответствующий пакет программ, выполнена их верификация и валидация в соответствии с международными стандартами. Достоверность научных положений и выводов подтверждается
корректностью математических выкладок, обоснованностью используемых допущений, результатами экспериментальной проверки разработанных методов и алгоритмов, сравнением с результатами других авторов и другими программами численного моделирования, а также анализом причин и моделированием реальных катастроф.
Практическая ценность. Основными практическими результатами данной диссертации являются:
разработка нелинейного метода расчёта и соответствующих программных блоков для определения динамики водоизмещающего объекта на регулярном волнении по мгновенной смоченной поверхности корпуса во временной области;
разработка нелинейного метода расчёта и соответствующих программных блоков для определения динамики водоизмещающего объекта на реальном морском волнении во временной области;
Теоретические положения работы, а также полученные в ней практические результаты могут быть использованы:
в задачах нормирования остойчивости;
в задачах проектирования систем позиционирования;
для оценки мореходности судов в условиях волнения высокой интенсивности;
для решения проблем мореплавания, таких как:
оценка подверженности оголению днища и заливаемости палубы;
анализ движения судна в штормовых условиях;
определения возможности потери остойчивости на волнении;
оценка возможности параметрической бортовой раскачки при различных состояниях нагрузки судна.
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы лабораторией мореходности ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова при выполнении ряда контрактных работ как для отечественных, так и для зарубежных заказчиков, а также внедрены в Российском Морском Регистре Судоходства и Балтийской государственной академии рыбопромыслового флота.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации были изложены и обсуждены на следующих конференциях: Наука и технологии. Итоги диссертационных исследований - 2009 г., а также конференциях молодых учёных и специалистов 5 отделения ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова в 2008 и 2010 году.
Публикации. Основные результаты выполненных исследований по теме диссертации отражены в 6 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, списка литературы, включающего 149 наименований. Работа содержит 124 страницы основного текста, 26 таблиц, 39 рисунков. Приложение объемом 17 страниц содержит таблицы сопоставления результатов расчёта с экспериментальными данными.
История изучения вопроса о качке корабля
Наиболее полно, точно и последовательно история вопроса об изучении качки корабля изложена у В.В. Луговского [62]. Поэтому, взяв его за основу, лишь дополним некоторыми комментариями и фактами.
Развитие учения о качке корабля началось более чем два с половиной века назад, когда французский астроном П. Бугер (1746 г.) [123, 114] и член Российской Академии наук Л. Эйллер (1749 г.) [107] теоретически изучили бортовую качку корабля на спокойной воде, рассматривая его как математический маятник с заданными параметрами, совершающий малые колебания относительно положения устойчивого равновесия, для вычисления периода которых предлагалась простая формула. Немного позднее Д. Бернулли (1759 г.) [8] ис 13 следовал бортовую качку корабля на регулярных волнах, указав на возможность резонанса колебаний, проявляющегося в резком увеличении их амплитуд. Однако недостаточная изученность в те годы гидродинамики жидкости, в особенности её волновых движений, не позволила этим учёным прийти к вполне правильным выводам о закономерностях качки корабля и к достоверным расчётным формулам.
Современная теория качки на волнении взяла начало в трудах В. Фруда, Э. Бертена и А.Н. Крылова, относящихся ко второй половине XIX в. и базирующихся на упрощённых, но принципиально верных представлениях о моделях качки. В. Фруд [117, 118, 145] рассмотрел бортовую качку корабля на боковых регулярных изученных в гидродинамике трахоидальных волнах, в предположении, что его поперечные размеры (ширина и осадка) весьма малы по сравнению с длиной волны (гидродинамическая модель «весьма малого судна»). Тогда можно считать, что качающийся корабль ведёт себя как одна из жидких частиц, участвуя при этом в орбитальном движении воды в волне и не внося никаких искажений в её структуру, а форма судовых обводов практически не влияет на величину гидродинамических сил, действующих на корабль со стороны волнения. Несмотря на условность этих допущений, теория В. Фруда привела к качественно правильным зависимостям, описывающим процесс бортовой качки, в частности, к зависимости амплитуды качки от элементов набегающих волн и характеристик остойчивости корабля. Однако Формула Фруда заметно завышала вызывающую качку (возмущающее) действие волн.
Э. Бертен исправил указанную погрешность, введя специальные поправки на конечность поперечных размеров корабля по сравнению с длиной волны в форме так называемых редукционных коэффициентов. Он, кроме того, экспериментально изучил сопротивление воды бортовой качке путём раскачивания на спокойной воде построенных проектов кораблей различных типов. Важным практическим вкладом Э. Бертена в улучшение мореходных качеств корабля явилась количественная оценка эффективности успокоителей качки - скуловых килей и вытекающие из неё рекомендации по их применению.
Выдающийся вклад в развитие теории качки корабля на волнении внес А.Н. Крылов. Сразу отказавшись от исходного допущения Фруда об относительной малости поперечных размеров корабля, А.Н. Крылов [42] заменил его гораздо более общим предположением о том, что присутствие корабля не влияет на поле давления в набегающих трахоидальных волнах. Это предположение эквивалентно гидродинамической модели «проницаемого» корабля, когда волна проходит корабль, совершенно не искажаясь. С одной стороны использование такой теории позволило существенно упростить расчёт гидродинамических сил, действующих со стороны волнения на корпус корабля, так как давление в трахоидальной волне неизвестно. С другой стороны, гипотеза А.Н. Крылова позволила рассчитать килевую и вертикальную качку корабля, идущего вразрез волнению, а также рассмотреть общий случай качки корабля при его движении произвольным курсом по отношению к волнению, не вводя допущения о малости корабля по сравнению с длиной волны. Позднейшие исследования, проведённые с более строгих позиций теоретической гидродинамики, не опровергли, а наоборот, подтвердили, что в большинстве случаев та часть возмущающих сил, которая определяется согласно гипотезе А.Н. Крылова, действительно является главной, во многом определяющей реальные параметры качки корабля на волнении.
Переход от теории Фруда-Крылова к более строгому определению действующих на судно гидродинамических сил осуществлялся в работах по гидродинамической теории качки. Начало им положило выполненное Н.Е. Жуковским [37] в первые годы прошлого века исследование действия волнения в жидкости малой глубины на прямоугольный понтон, плавающий с малой осадкой. Оно позволило выявить такие гидродинамические эффекты, как присоединенную массу жидкости и дифракцию волн вокруг плавающего понтона. Однако частный характер волнения в мелководном водоеме затруднил кое применение результатов Н.Е. Жуковского для расчетов качки морских кораблей в различных условиях плавания.
Гораздо более общие закономерности получены в гидродинамической теории качки, созданной в 40 - 50-е г.г. М. Д. Хаскиндом на базе новых методов гидромеханики, разработанных выдающимися отечественными учеными Н. Е. Кочиным [41, 42] и Л. И. Седовым [82 - 84].
В предположении, что жидкость невязкая (идеальная), ее движение безвихревое (потенциальное), а колебания судна и жидкости регулярны и имеют относительно малую амплитуду (т.е. линейны), М. Д. Хаскинд [99 — 101] дал общие выражения для потенциала скорости возмущенного судном движения жидкости, для гидродинамических сил, действующих на судно, показав, на какие физические категории они подразделяются, и получил ряд теоретических зависимостей для непосредственного вычисления гидродинамических характеристик различных видов качки, подтвердив их специально поставленным модельным экспериментом. Несколькими годами позже к развитию линейной гидродинамической теории качки приступили зарубежные ученые Ф. Урселл (Англия) [116], Ф. Джон (США) [119, 120], О. Грим (Германия), Ф. Тасаи (Япония) [141].
Весьма плодотворными для развития учения о качке корабля оказались 50 — 70-е годы, когда в ряде ведущих судостроительных стран почти одновременно был проведен цикл теоретических и экспериментальных исследований, в результате которых появились эффективные методы практического расчета как линейной, так и нелинейной качки в условиях не только идеализированного регулярного, но и реального ветрового волнения. Эти исследования развивались в нескольких основных направлениях.
Принятые допущения при определении гидромеханических сил
Эффективные прямые методы решения поставленной задачи, пригодные для практических целей, отсутствуют. Существенного упрощения при решении задачи можно достичь, разделив гидромеханические силы на составляющие и проанализировав их по отдельности, не определяя строго функцию Ф5.
В рамках поставленной задачи представляется целесообразным ценой ряда допущений учесть нелинейности, обусловленные переменностью смоченной поверхности и квадратичным членом интеграла Лагранжа-Коши. Очевидно, что эти нелинейности проявляются тем сильнее, чем больше амплитуды набегающих волн и качки.
Решение задачи о качке судна в общем виде является развитием задачи о возбуждении волн, когда в дополнение к основному источнику волнения добавляется источник в виде судна, движение которого неизвестно и определяется в процессе пошагового по времени решения. При этом задачи моделирования волнения и качки судна являются связанными. Это приводит к большим вычислительным затратам, мало приемлемым для решения практических задач проектирования. Для упрощения задачи о качке целесообразно принять допущение о малости возмущенного присутствием судна движения жидкости. В обоснование этого допущения заметим, что при конечных амплитудах бортовой качки возбуждаемые волны можно считать малыми в силу того, что обводы судна достаточно близки к телу вращения, а при продольной качке на интенсивном волнении возбуждаемые волны много меньше, так как судно отслеживает волнение и движение судна относительно волновой поверхности незначительно.
Представление суммарного потенциала в виде (5) и допущение о малости возмущенного корпусом качающегося судна движения жидкости по сравнению с набегающими волнами позволили разделить силы, действующие на судно, на ряд составляющих, а именно: гидростатические, главную часть возмущающих сил, гидродинамическую часть сил, вызванную присутствием судна в волнующейся жидкости, и нелинейные силы, обусловленные квадратичным членом.
Отличие описанного представления от линейной гидродинамической трактовки заключается в том, что указанные категории сил уже не являются взаимонезависимыми: каждая из них - функция элементов качки, которые в свою очередь, определяются всей совокупностью сил. Они связанны через мгновенную смоченную поверхность, определяемую перемещением корпуса судна относительно волновой поверхности.
Применять известное правило перестановки к выражениям (10) нельзя, так как направляющие косинусы даны в полусвязанной системе координат и они зависят от времени, а функции излучения не зависят от времени в связанной системе координат.
В полученных выше в рамках гипотезы плоских сечений формулах эта составляющая пропорциональна квадрату круговой частоты набегающих волн, как без хода, так и при движении судна. Скорость хода влияет на данную категорию сил только через функции излучения, которые определяются для кажущейся частоты, так же как для инерционно-демпфирующих сил.
Оставшиеся члены в выражении (21) пропорциональны произведениям и квадратам скоростей и учитывают относительность движения судна и орбитального движения частиц жидкости. Они обусловлены присутствием судна в волнующейся жидкости. При конечных перемещениях судна данные составляющие необходимо учитывать.
Представление суммарного потенциала в виде суммы, состоящей из потенциала свободных набегающих волн конечной амплитуды и линейного потенциала малого возмущенного присутствием судна движения жидкости, позволило, не накладывая на величину амплитуд качки жестких ограничений, разделить гидромеханические силы на традиционные, но взаимосвязанные составляющие: гидростатическую, главную часть возмущающих сил, дифракционную и инерционно-демпфирующую части, которые при наложении допущений линейной теории принимают известную форму. Кроме того, выделены скоростные члены, пропорциональные квадратам и произведениям скоростей качки.
Определение несимметрии колебаний водоизмещающих объектов на волнах зыби различной крутизны
Разработанная программа позволяет получать реализации динамики судна во времени и получать данные, которые не могут быть определены на основе методов линейной теории. В частности, программа дает возможность оценить несимметрию колебаний судна относительно равнообъемного положения. Всё это возможно, потому что выходной информацией из программы служит реализация качки во времени, которую потом можно обрабатывать и получать все необходимые параметры. Например, на рисунках 17 и 18 приведены фрагменты реализации килевой качки парома при движении вразрез регулярной волне крутизной 1/100 и 1/20 соответственно (положительный дифферент - на корму).
Как мы видим из приведённых реализаций при крутизне волны 1/100, когда качка судна слабая и нет значительного изменения смоченной поверхности, судно совершает симметричные колебания относительно нейтрального положения. При крутом волнении, когда крутизна регулярной волны достигает 1/20, судно испытывает значительную килевую и вертикальную качки с обильным брызгообразованием и оголением днища в районе носовой оконечности. На рисунке 19 приведена фотография поведения судна во время испытания. При таком поведении судна качка носит сугубо нелинейный характер, обусловленный значительным изменением смоченной поверхности, что в свою очередь влечёт за собой сильную несимметрию колебаний. Как видно из рисунка 18 отрицательный дифферент (на нос) почти на 30 % больше положительного дифферента (на корму) а значит, нос парома сильнее погружается в воду, чем оголяется. Рисунок 19 - Поведение судна во время испытаний на крутом волнении
Из рисунка следует, что для парома при длине волны X — 1,6 L и крутизне волны h/A, 1/50 несимметрия колебаний существенно увеличивается по сравнению с пологими волнами. Поскольку безразмерная амплитуда килевой качки при наклонении на нос увеличивается, так же как и безразмерная амплитуда вертикальной качки при погружении, по сравнению с пологими волнами, то можно сделать вывод о том, что при крутых волнах погружение корпуса парома в воду будет сильнее его оголения, а следовательно при эксплуатации парома в районах с короткими и крутыми волнами (например Баренцево море) большее внимание следует уделить высоте фальшборта в носовой оконечности. 3.3 Возможность использования программы для расчётов динамики средств океанотехники и оптимизации их формы корпуса
Определение гидромеханических сил в разработанной программе происходит путём интегрирования всех составляющих по мгновенной смоченной поверхности, и при этом контуры реальных шпангоутов заменяются набором прямых участков, интегралы по которым берутся в конечном виде без разложения показательной и тригонометрических функций в ряды. Данный приём позволяет производить расчеты динамики на волнении не только судов, имеющих традиционный обводы, а также других водоизмещающих объектов, например объектов типа спар или буй, относящиеся к средствам океанотехники.
Возможность расчета поведения указанных объектов показана на примере расчета качки мелкосидящего буя. Экспериментальные данные получены в оффшорном бассейне MARINTEK (Норвегия, Тронхейм). На рисунке 21 приведены фотографии модели во время испытаний. Как можно видеть, качка буя носит сугубо нелинейный характер, обусловленный существенным изменением смоченной поверхности и площади ватерлинии из-за сильного наклона корпуса в районе переменной ватерлинии.
Примером эффективности использования разработанной программы для средств океанотехники может послужить тот факт, что программа была успешно использована для оптимизации обводов упомянутого выше мелкосидящего буя, принадлежащего одной из крупнейших компаний Норвегии по добыче полезных ископаемых. Основным требованием Заказчика было наличие у исполнителя нелинейной программы по расчёту качки. Для оптимизации формы были проведены систематические расчёты динамики буя, по разработанной программе КБА, позволившие наметить основные пути и технологические решения по умерению качки. После выбора наиболее подходящего решения были проведены расчеты, показавшие умерение качки более чем в 4 раза по сравнению с исходным вариантом. Проведённый эксперимент в Лаборатории мореходности ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова подтвердил правильность разработанной программы КБА и намеченных с её помощью конструктивных мер по уменьшению качки буя. 3.4 Определение возможности возникновения бортовой раскачки судов на продольном волнении; сопоставление с методикой ОСТ
Ознакомившись со статистикой переворотов и затоплений судов, опубликованной в [1 -5, 12,29-31, 65,66,74,78-80,90, 134] и его анализом в [ПО], можно сделать следующее утверждение: исходя из сведений о курсовых углах и скоростях хода судна по отношению к направлению бега волн следует, что наибольшее число аварий приходится на режимы движения судов лагом и на попутном волнении. При этом число переворотов при ходе лагом и на продольном волнении примерно одинаково, с небольшим перевесом последнего .
Распределение числа аварийных случаев с судами в зависимости от числа Фруда и курсового угла по отношению к направлению бега волн [ПО] Эта статистика является ярким доказательством того, что до сих пор в России не существует достоверной программы, позволяющей определять возможность возникновения бортовой раскачки судов при движении на продольном волнении и о важности проведения расчётов и соответствующих модельных испытаний, на стадии проектирования.
В эту статистику не входят случаи, когда суда оставались на плаву, но совершали интенсивные бортовые колебания с амплитудами до 30 4- 40 градусов, что также является аварийным случаем для транспортных и пассажирских судов. Для подтверждения этого заключения на рисунке 24 изображены фотографии пассажирского парома, движущегося на попутных волнах зыби. Такая сильная качка может вызвать неконтролируемую панику людей с человеческими жертвами, и/или серьёзное повреждение груза.
Существующие на сегодняшний день в отечественных КБ программы по расчёту качки судов не позволяют производить моделирование бортовой раскачки при движении на продольном волнении. Однако разработанная программа позволяет производить достоверные расчёты динамики судна во время такого движения. Для иллюстрации этой возможности проведём сравнительные расчёты качки ледокола, у которого в результате проведённых модельных мореходных испытаний была выявлена бортовая раскачка при движении на регулярном волнении, близком к продольному с КУВ = 177(практически встречное волнение).
Расчёт динамики судов на нерегулярном волнении, сопоставление с экспериментальными данными
Для определения возможностей и точности программы по расчёту качки водоизмещающих объектов на нерегулярном волнении был проведен ряд расчётов по определению динамики судов. Результаты расчётов сопоставлены с экспериментальными данными, полученными автором в лаборатории мореходности ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. В таблице 9 приведены основные характеристики судов, динамика которых на нерегулярном волнении была получена с использованием разработанной программой КБА. В таблицах приложения А приведенные результаты расчёта в сопоставлении с экспериментальными данными.
Как видно из таблиц, приведённых в приложении А, данные, полученные расчетным путём по разработанной программе, очень хорошо согласуются с экспериментальными данными на умеренном волнении, когда качка незначительная и нет существенного изменения смоченной поверхности, т.е. постановка задачи близка к линейной.
Проанализировав таблицы АЛ и А.2 можно сделать вывод о том, что на всех обследованных балльностях отклонения параметров качки грузопассажирского парома, полученные с помощью разработанной программы КБА, от экспериментальных данных не превысили 12 %. Что является приемлемой точностью для расчётных программ.
Нередко перед проектантом встает вопрос о проведении морских операций, например, транспортировке буровой с верфи на точку постановки. При этом необходимо точно рассчитать динамику судна во всех волновых условиях, которые могут встретиться во время транспортировки. Также встает необходимость выработать рекомендации по отклонению и укрытию от неблагоприятных волновых условий, когда из-за сильной качки судна возможен сдвиг груза, влекущий за собой потерю буровой и судна из-за переворота.
При разработке таких операций обязательно необходимо проводить модельные испытания в наиболее опасных волновых условиях. Для определения наиболее неблагоприятных волновых условий можно использовать исключительно нелинейные программы расчёта, в том числе и разработанную программу КБА. На рисунке 34 представлена фотография по процессу транспортировке буровой. Для определения динамики судна в процессе транспортировки были проведены два варианта расчёта и модельного эксперимента. Первый вариант - процесс транспортировки, когда транспортное судно имело загрузку и динамические характеристики такие же, как при наличии буровой, но отсутствовал сам корпус буровой. И второй вариант - когда на транспортном судне располагался корпус буровой с понтонами, далеко выходящими за пределы корпуса. Как видно из диаграммы при отсутствии корпуса буровой система является линейной при слабой качке, при наличии корпуса буровой восстанав 99 ливающии момент носит сугубо нелинейный характер, а, следовательно, должна существенно отличаться от полученной при линейной постановке задачи и качка транспортного судна. Изначально проведём расчеты динамики судна при отсутствии корпуса буровой и сравним их с результатами экспериментальных данных.
Статистические таблицы качки транспортёра без буровой представлены в таблицах приложения А. В таблице 10 приведено сопоставление амплитуд качки с обеспеченностью 3 % при различных курсовых углах и в различных волновых условиях. При сопоставлении двух вариантов расчёта между собой можно сделать следующие выводы: - При решении задачи в линейной постановке данные расчёта и эксперимента существенно отличаются от реальной картины. Так расчёт бортовой качки в линейной постановке даёт более чем в 2 раза меньшие амплитуды. И результатом использования линейных программ могут стать сдвиг буровой, а как его следствие -аварийная ситуация, потеря груза и судна, человеческие жертвы. - Решение задачи транспортировки в нелинейной постановке практически полностью отображает реальную картину динамики судна с буровой и позволяет выявить наиболее опасные режимы. - Разработанная программа КБА позволяет производить расчёт динамики судна в процессе операции транспортировки буровой с необходимой для практики точностью. Качка быстроходного пассажирского парома Как видно из таблиц, приведённых в приложении А, данные, полученные расчетным путём, очень хорошо согласуются с экспериментальными данными в широком диапазоне скоростей хода и разница в величинах с обеспеченностью 3 % не превосходит 12 % для всего исследованного диапазона относительных скоростей хода. Даже на высоких скоростях хода (Fr 0,3) различие в значениях незначительное. Так для относительной скорости хода Fr = 0,35 отклонение величин с обеспеченностью 3 % определённых расчётным путём по разработанной программе КБА от эксперимента составляет не более 5 % для вертикальной качки и не более 12 % для килевой. Различие в максимальных величинах не превосходит 15 %. Следует отметить, что качка быстроходного пассажирского парома сугубо нелинейная, поскольку является значительной и сопровождается такими явлениями как значительное оголение носовой оконечности (вплоть до 4 шпангоута) и регулярное зарывание носовой оконечности в волну.
