Как найти критерий погоды

Критерий погоды, равный отношению
динамического опрокидывающего момента
к кренящему моменту от шквала К===рассчитывается только «на отход».

Для определения плеча опрокидывающего
момента l_cстроится диаграмма
динамической остойчивости. Плечи ДДО
рассчитываются по формуле

l_д10
i = l_д10(i-1)
+ (l_ст10(i-1)
+ l_ст
10i) _*
,

где i = 1; 2; …
n– значения углов крена, для которых
рассчитываются плечи диаграммы;l_д
0 = l_{ст 0} = 0.

На диаграмме от точки 0 вправо и влево
откладывается амплитуда качки _r,
определенная выше при расчете критерия
ускорения. Точка 1 получается от
пересечения перпендикуляра, восстановленного
к точке +_r,
с линией диаграммы; через точку 1
проводится линия, параллельная оси
наклонений; пересечение этой линии с
перпендикуляром к точке –_rобразует точку 2; из точки 2 проводится
прямая, касательная к кривой диаграммы;
от точки –_rвправо откладывается 57,3- точка 3; отрезок перпендикуляра к оси
наклонений, проходящего через точку 3,
между касательной к диаграмме и прямой,
проходящей через точки 1 и 2 в масштабе
оси плеч будет равен искомому плечу
опрокидывающего моментаl_с.

Плечо кренящего момента l_vдля случая загрузки без палубного груза
определяется по “Таблице плеч ветровой
нагрузки”, приведенной в Приложении П
([1], с. 80).

K = l_c
/ l_v
= 0,38/0,098 = 3,9

Результаты всех
проведенных расчетов (запасы “на отход”
и “на приход”, грузы, диаграммы
статической остойчивости, параметры
посадки и остойчивости) оформляются по
образцу “Типового случая нагрузки”,
([1], с. 6 – 57).

7 Выводы об удовлетворении норм Регистра

По окончанию всех расчетов можно сделать
вывод, все требования Правил Морского
Регистра Судоходства к остойчивости
(которые были мной указаны в пункте
4.1.2) удовлетворены.

8 Расчеты непотопляемости

8.1 Нормативы обеспечения аварийной плавучести и аварийной

остойчивости

Аварийная остойчивость и аварийная
плавучесть судна считаются обеспеченными,
если при затоплении судна выполняются
следующие условия:

при симметричном затоплении:

– непрерывная
палуба переборок вне района затопления
не входит в воду;

• начальная
  метацентрическая высота, рассчитанная
  по методу

постоянного водоизмещения,
не менее 0,05 м;

• протяженность
  положительной части диаграммы статической

остойчивости не менее
30;

• максимальное
  плечо диаграммы статической остойчивости

не менее 0,1
м.

при несимметричном затоплении:

• расстояние от
  аварийной ватерлинии до отверстий вне
  района затопления, через которые вода
  может распространиться по судну, не
  менее 0,3 м;

• при
  условном отсутствии крена палуба
  переборок вне района затопления не
  входит в воду;

• метацентрическая
  высота в ненакрененном состоянии судна
  не менее 0,05 м;

• угол крена
  не превышает 20;

• протяженность
  положительной ветви диаграммы
  остойчивости не менее 20;

• максимальное
  плечо диаграммы остойчивости не менее
  0,1 м.

8.2 Расчет коэффициентов проницаемости

Для определения количества воды,
влившейся в отсек, при его аварийном
затоплении используется коэффициент
проницаемости отсека ,
равный отношению объема воды, фактически
влившейся в отсек, к теоретическому
объему отсека.

Коэффициент проницаемости рефрижераторного
трюма частично заполненного грузом 
_тропределяется выражением

 _тр = 0,93 – (0,93
– _гр
),

где W_гр– объем груза в трюме; W_тр– объем трюма;

 _гр– коэффициент проницаемости груза;

0,93 –
коэффициент проницаемости пустого
рефрижераторного трюма.

Если трюм
полностью заполнен одним грузом, то
коэффициент проницаемости трюма равен
коэффициенту проницаемости груза 
_тр =
_гр.

Если в трюме 2 различных груза, то

 _тр =
.

Коэффициент проницаемости грузового
отсека _отс,
состоящего из верхнего, среднего и
нижнего трюмов

_отс =
,

где
соответствующим индексом обозначен
верхний, средний и нижний трюма.

Коэффициенты
проницаемости рассчитываются для всех
грузовых отсеков.

Так как трюм
заполнен однородным грузом, то 
_тр =
_гр = 0,35

Международный кодекс остойчивости судов в неповрежденном состоянии 2008 года – Кодекс ОСНС 2008 с поправками, принятыми резолюциями MSC.319(89) от 2011 года и MSC.398(95) от 5 июня 2015 года (International Code on Intact Stability — 2008 IS Code).

Все условные обозначения написаны так же как и в вышеуказанной конвенции.
По критерию погоды оценивают способность судна противостоять совместному воздействию ветра с траверза и бортовой качки.
Под действием волн судно испытывает бортовую качку и от угла крена , вызванного постоянным ветром, наклоняется в наветренную сторону до угла крена, равного амплитуде качки .

Алгоритм для оценки остойчивости судна по критерию погоды.

1. Вычисляют амплитуду качки судна , плечо кренящего момента от воздействия постоянного ветра , плечо кренящего момента при шквальном ветре .

2. Строят диаграмму статической остойчивости, при этом должно учитываться влияние свободной поверхности жидких грузов в судовых цистернах.

3. На диаграмме статической остойчивости выполняют построения, как показано на рис. 1.

4. Вычисляют площади a и b. Площадь b должна быть больше или равна площади a.

Для того чтобы избегать чрезмерных результирующих углов крена, угол крена от воздействия постоянного ветра не должен быть больше 16° или 80% от угла, при котором кромка палубы погружается в воду, в зависимости от того, какой угол меньше.

Амплитуда качки судна вычисляется по следующим формулам:

— Для судна без скуловых килей с острой скулой:

— Для судна без скуловых килей с круглой скулой:

— Для судна со скуловыми килями:

где,

 — Коэффициент из таблицы 1.
 — Коэффициент из таблицы 2.
k — Коэффициент из таблицы 3 для судна, имеющего скуловые кили.
s — Коэффициент из таблицы 4, в зависимости от периода качки T.
r — Параметр.

Параметр r вычисляется по формуле:

где,

OG = KG – d;

KG — Возвышение центра тяжести судна над основной плоскостью.
d — Средняя осадка судна в метрах.

Значения промежуточных величин в таблицах 1 — 4 определяются линейной интерполяцией.
При отсутствии данных в Информации об остойчивости, коэффициент общей полноты судна , может быть рассчитан по формуле:

Период бортовой качки T (в секундах) вычисляется по формуле:

где,

где,

В — Ширина судна (в метрах).
d — Средняя осадка судна (в метрах).
GM — Поперечная метацентрическая высота, с учетом влияния свободной поверхности жидких грузов (в метрах).
 — Коэффициент общей полноты судна.
 — Общая суммарная площадь скуловых килей или площадь проекции боковой поверхности брускового киля или сумма этих площадей (в квадратных метрах — м²).
— Длина судна в районе действующей ватерлинии (в метрах).

Порядок вычисления плеч ветровых кренящих моментов:

1. Плечо кренящего момента от воздействия постоянного ветра вычисляют по формуле:

2. Плечо кренящего момента при шквальном ветер находят по формуле:

где,

P = 504 Па. – Давление ветра. Для судов в ограниченном плавании, значение Р может быть уменьшена с одобрения Администрации флага судна.
A — Площадь парусности судна и палубного груза (в квадратных метрах — м²).
Z — Плечо парусности, равное расстоянию по вертикали от центра парусности до центра погруженной площади боковой поверхности или до точки, приблизительно равной половине осадки (в метрах).
Δ — Весовое водоизмещение судна (в тоннах).
g — Ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

Плечи ветровых кренящих моментов и являются постоянными величинами при всех углах крена.

Пример диаграммы статической остойчивости.

Рисунок 1. Оценка остойчивости судна по критерию погоды

На рисунке 1 обозначены следующие углы крена:

 — Угол крена от действия постоянного ветра.
 — Угол крена в наветренную сторону от действия волн, равный амплитуде качки судна на спокойной воде.
 — Угол крена, до которого измеряется площадь b, равен углу крена 50°, или углу заливания , или углу , в зависимости от того, какой угол меньше.
– Угол заливания, это угол крена, при котором погружаются отверстия в корпусе, надстройках или рубках судна, которые не могут быть герметично закрыты. Для целей настоящего критерия малые отверстия, через которые не может произойти прогрессирующего затопления судна, можно не рассматривать как открытые отверстия.

 – угол, соответствующий второму пересечению плеча с кривой плеч статической остойчивости (GZ).

Порядок вычисления площадей a и b рассмотрен в разделе «Вычисление площади под кривой на диаграмме статической остойчивости».

Больше информации можно найти в книге «Остойчивость грузовых судов».

Автор капитан В.Н. Филимонов

Краткая инструкция для запоминания:

1. Рассчитываем плечо кренящего момента от постоянно дующего ветра Lw1
2. Рассчитываем плечо от шквала Lw2 – умножаем на 1,5 плечо от ветра. Наносим плечо и проводим линию параллельную оси X в первой и четвертой четверти.
3. Наносим Lw 1 на ДСО. и проводим линию параллельную оси х. На пересечении линии Lw 1 и ДСО проводим линию перпендикулярную линии Lw 1. На оси x получится крен от ветра.
4. Рассчитываем амплитуду качки по формуле.
5. Продлеваем ДСО в 3 четверть
6. От перпендикуляра к Lw1 в сторону противоположную сторону наносим амплитуду качки и проводим перпендикуляр к оси X. Это будет граница площади a. А ее верхняя граница это Lw 2. Нижняя это продленная ДСО в 3 четверти.
7. Определяем наименьшего угла границы площади b.

Варианты

1) Θ₅₀ = 50º

2) Θf – угол заливания, угол крена, при котором погружаются отверстия в корпусе, надстройках или рубках судна, которые не могут быть герметично закрыты.

3) Θ_С – угол, соответствующий второму пересечению плеча ветрового кренящего момента L_W2 и кривой GZ

Скорее всего, 99 из 100, угол Θ₃ = 50º будет наименьшим,

То, что будет над линией Lw2 и секущим перпендикуляром границы, и линией до ДСО будет площадь b

1. Расчет площади b и a одним из способов:

8.1 Визуальное сравнение площадей

8.2 Расчет с помощью формул Симпсона (смотри соответствующий конспект). Опишу возможные варианты

– По аналогии с расчетами по ДДО, вычитая площади

– Вычитая Lw2 из каждого плеча, чтобы получить новые значения плеч

8.3 Расчет с помощью ДДО (рассмотрен ниже). С площадью b всё понятно, при расчете площади а возможно рассчитать двумя способами.

У Худова в видео указан один прямоугольник, говорит он то что написано в конспекте, как то не совпало. По его примеру не рассчитывается нормально, скорей всего ошибка. В принципе можно рассчитывать и от угла  Θ1 но для этого нужно снимать с ДДО площадь для Θ1, а в случае рассчета по Θ2 площадь берется из расчета площади b.

Так что внизу будет второй вариант Худова для сравнения.

8.3.1 Расчет площади “b”

Площадь «б» считается по формуле 11.7:

b = S_0-50 –– S_SQ = L_D50 – L_DΘ2 – L_W2(Θ₅₀/57,3 – Θ₂/57,3)

где:

S_0-50 = L_D50 – плечо динамики на 50º и общая площадь ДСО до 50º. Берется из таблицы ДДО для угла 50 град. или снимается измерителем с диаграммы. В этом примере L_D50 = 0,32 м.рад

Из нее вычитают две малые площади:

S_0-Θ2 = L_DΘ2 – плечо динамики на динамическом угле крена (здесь приблизительно 10º), она же малая треугольная площадь ДСО до этого угла. Плечо снимается измерителем с диаграммы ДДО. В этом примере L_DΘ2 = 0,01 м.рад

S_SQ (прямоугольная площадь) =L_W2*(Θ₅₀ – Θ₂), где L_W2 = 0,09 м.рад – плечо шквала, рассчитано нами ранее. Перед вычитанием в скобках, угловые величины Θ₅₀ и Θ₂ переводятся в линейные, делением на каждого на 57,3

Рассчитываем площадь «b» (Рис.4):

b = L_D50 – L_DΘ2 – L_W2(Θ₅₀ – Θ₂) = 0,32 – 0,01 – 0,09(50/57,3 – 8/57,3) =

= 0,32 – 0,01 – 0,07 = 0,24 м.рад

8.3.2 Расчет площади “a”

Принцип расчета площади «а» тот же, что и площади «б».

Площадь «а» считается по формуле 11.8:

a = S_0-Θ1 + S_SQ – S_Θ2 = L_DΘ1 + L_W2(Θ₁/57,3) – L_DΘ2 

где:

S_0-Θ1 = L_DΘ1 – динамическое плечо на окончании крена влево Θ1, соответствующее треугольной площади ДСО в третьей четверти. Снимается измерителем с диаграммы ДДО, продолженной в четвертую четверть. В этом примере L_DΘ1 приблизительно равна 0,02м.рад

S_SQ (недостающий прямоугольник) = L_W2(Θ₂) = 0,09 (21/57,3) = 0,033 м.рад

S_Θ2= L_DΘ2  –  вычитается избыточная площадь малого треугольника, уже рассчитанная в площади «б». Она равна L_DΘ2 = 0,01 м.рад

Рассчитываем площадь «а» (Рис.5):

a = L_DΘ1 + L_W2(Θ₂/57,3) – L_DΘ2 = 0,02 + 0,03 – 0,01 = 0,04 м.рад

VAR 2 – Вариант Худова

Он говорит что прямоугольник от Lw1  угла крена до угла амплитуды в 18 градусов, в видео показан прямоугольник со стороной от угла O2 в первой четверти который равен 10 градусам.

И говорит, что из этого прямоугольника нужно вычесть площадь от 0 до 10, хотя по логике нужно вычесть площадь от 0 до 6 градусов (который равен Lw1).

Короче у него вместо Θ₂  угол Θ₁

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

1) критерий погоды К должен быть более или равен единице, т. е. отношение опрокидывающего момента Мопр к моменту кренящему Мкр больше или равно 1;

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

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

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

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

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

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

Остойчивость с учетом обледенения

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

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

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