7.Понятие резонансный режим качки

Резонанс бортовой или килевой качки наступает при совпадении кажущегося периода волны( τ ) с периодом соответствующих (поперечных или продольных) свободных колебаний судна ( Т_Ө ). При таком совпадении отношение Т_Ө/τ =1 это пик резонанса. Границы резонансной зоны определены зависимостью 0,7≤ Т_Ө/τ ≤ 1,3

Или что тоже самое Т_Ө/1,3≤ τ ≤ Т_Ө/0,7 как делали в курсовике.

Для расчетного определения периодов собственных бортовых колебаний может быть использована формула

Т_Ө=к₀·В/√h где к₀-коэфицент, зависящий от типа судна и состояния нагрузки, В- ширина, h- начальн. Поперечная метацентрическая высота.

Кажущийся период волны рассчитывается по формуле τ=1,95∙λ/(с+ύ·cosq) где с- скорость волны с=2,43·λ , λ – длина волны.

Качка судна также зави­сит от курсового угла у. Если курсовой угол близок к 0° или 180 , то судно даже в условиях резонанса почти не испытывает бортовой качки; при курсовых углах, близких к 90° или 270 , всегда незначительной будет килевая качка. Во время резонансной качки наблюдаются сильные удары судна о воду, слемминг, значительное заливание палубы, уменьшение ско­рости и т. п. Поэтому необходимо выбирать скорость судна и курсовой угол такими, чтобы избежать резонансных режимов. Для выхода из резонансной зоны используется штормовая диаграмма Ремеза. Рассчитывается резонансная зона наносится на диаграмму и выбирается курс и скорость, находящиеся вне резонансных зон. Так же как делалось в курсовике.

8.Изменение остойчивости судна при движении на попутном волнении

Из опыта эксплуатации морских судов и теоретических исследо­ваний в настоящее время известно, что при движении судов на вол­нении с попутными курсовыми углами (х = ± 135  180°) остойчивость судна уменьшается. Это изменение остойчивости, состоящее в умень­шении как начальной остойчивости, так и всех параметров ДСО, происходит при полном отсутствии контро­ля со стороны судоводителя.

Остойчивость судна изменяется вследствие изменения формы подводного объема, а следовательно, всех его характеристик: аппли­каты ЦВ z_c, метацентрического радиуса, формы ватерлинии, ее момен­тов инерции, плеч остойчивости формы и др. Причем эти характеристи­ки периодически меняются во времени с малыми частотами, если скорости движения судна и волн отличны друг от друга или становят­ся постоянными при движении судна со скоростью волн. Фактическая криволинейная ватерлиния судна на волнении является результатом наложения двух волновых систем - морского волнения и собственных корабельных волн - и оказывается зависящей от числа Фруда .

Бортовая качка судна на курсовых углах, отличных от попутных, оказывается довольно интенсивной, и динамические углы крена могут достигать больших значений. Наибольшую опасность это явление представляет для коротких судов.Однако, как показывает опыт, аварийность судов больших размеров на попутном волнении также высока, так как возникающая бор­товая качка часто приводит к смещению сы­пучих или плохо закрепленных грузов. На­личие постоянного угла крена у судна со сме­щенным грузом делает качку еще более ин­тенсивной, и гибель такого судна, как пра­вило, предрешена.Движение судна на попутном волнении сопровождается ухудшением управляемос­ти, захватом судна волной и самопроизволь­ным разворотом в опасное положение лагом к волне (явление брочинга). В настоящее время изменение остойчивости судна можно оцени­вать на двух уровнях: статическом при статической постановке судна на попутную регулярную волну и динамическом с учетом многообра­зия гидромеханических явлений обтекания корпуса волной, Однако в последнем случае исследования часто не удается довести, до практи­чески приемлемых результатов вследствие недостаточности инфор­мации по гидродинамическим характеристикам корпуса.

При статической постановке судна на волну с длиной, близкой к длине судна, следует ожидать снижения остойчивости, когда в райо­не миделя располагается вершина волны, и ее повышения, когда там будет подошва. Аппликата ЦВ судна z_c всегда увеличивается незави­симо от того, что располагается в районе миделя - вершина или по­дошва. Изменение же метацентрического радиуса определяется взаим­ным расположением волны и судна и конкретными обводами корпуса в районе ватерлинии. Изменение начальной метацентрической высоты может быть получено как алгебраическая сумма:

h= z_c + _r.(8.1)

Для реальных судов имеется значительное изменение обводов по высоте в носу и в корме, поэтому на вершине волны lвл будет уменьшаться, причем _r<0 и _r > z_c. Этим объясняется уменьшение метацентрической высоты при попадании судна на вершину волны (h < 0).

Установлено, что наибольшая потеря остойчивости может происхо­дить, если длина попутной волны будет удовлетворять соотношению _оп=-k_LcosX (X-КУ) (8 2)

где k_ - коэффициент, зависящий от формы обводов (k_ = 0,5  0,8). Опасные с точки зрения движения на попутном волнении числа Фруда могут быть получены из соотношения F_rоп≈0.4√(k_/cosX) Из формулы (8.3) следует, что опасные значения числа Фруда меняются в пределах 0,28-0,40, т. е. указанное явление характерно в основном для сравнительно небольших или скоростных судов. Следует отметить, что с ростом углов крена метацентрический радиус и плечи остойчи­вости формы уменьшаются, а соотношение (8.2) уже не выполняется и его необходимо корректировать.

В связи с аварийностью судов на попутном волнении ММФ в 1988 г. были разработаны рекомендации по выбору безопасных скоростей и курсовых углов при штормовом плавании судна на попутном вол­нении, которые дополняют известную Типовую информацию об остой­чивости и прочности грузового судна. Основную часть действующих рекомендаций удалось представить в виде диаграммы безопасных скоростей и курсовых углов при штор­мовом плавании судна на попутном волнении, предложенной А. И. Богдановым.

Диаграммы Богданова, соответствующие определенной балльнос­ти волнения, рассчитывают в конструкторском бюро индивидуально для каждого судна.

Введение описанных диаграмм в практику мореплавания помогает судоводителям в деле снижения аварийности на попутном волнении.

Движение судна на косых попутных курсовых углах, как правило, сопровождается усиленной бортовой качкой, однако механизм ее несколько иной, чем при качке лагом к волне.

При неравенстве скоростей движения судна и волн восстанавли­вающий момент является функцией времени, как и. возмущающий момент в правой части уравнения качки. Периодическое изменение восстанавливающего момента вследствие изменения плеч статической остойчивости при прохождении волны вдоль судна приводит к раска­чиванию судна с большими амплитудами угла крен.

При некоторых неблагоприятных сочетаниях параметров воз­можен своеобразный резонанс: колебания судна усиливаются и мо­гут привести к опрокидыванию в одном из следующих размахов (рис. 8.3).

Для определения опасных режимов движения судна на попутном волнении может-быть использована штормовая диаграмма Ремеза. Опасными с точки зрения ухудшения остойчивости на попутном волнении считаются режимы, при которых кажущийся период волны удовлетворяет соотношению: ^к=2_/1,3 (=L),(8.6)

где _ = 2/w_ ~ период собственных бортовых колебаний судна на тихой воде.