7.4.4. Штормовые диаграммы

В. Б. Липисом и Д. В. Кондриковым предложены штормовые диаграммы, которые помогают капитану принимать обоснованное решение о режиме плавания судна при различных загрузках и разных состояниях моря.

Для каждой серии судов строятся два комплекта однотипных диаграмм, один из которых соответствует плаванию при больших осадках, другой – при малых. Отдельные диаграммы комплекта относятся к разным курсовым углам ветра и волн при допущении, что их направления совпадают.

На рис. 7.24 приведена штормовая диаграмма универсального сухогрузного судна типа «Выборг» при плавании с малой осадкой для случая курсового угла ветра и волнения , а на рис. 7.25 – аналогичная диаграмма при плавании с большой осадкой при тех же условиях.

Рисунок 7.24. – Штормовая диаграмма сухогрузного судна при плавании с малой осадкой

По горизонтальной оси отложена интенсивность волнения, выраженная высотами волн 3%-ной обеспеченности и наблюдаемых волн , по вертикали отложена частота вращения винта. На диаграмме нанесены следующие кривые:

• кривые 1 зависимости частоты вращения винта от интенсивности волнения при постоянных скоростях судна, выраженных в узлах;

• верхняя кривая , ограничивающая максимально допустимые скорости и частоты вращения винта из условий длительной работы двигателя без перегрузки;

• кривые , ограничивающие допустимые скорости судна и соответствующие частоты вращения винта из условия отсутствия опасного слеминга при различных осадках носом;

• кривые , ограничивающие допустимые скорости и соответствующие частоты вращения винта из условия отсутствия разгона винта при различных осадках кормой (пунктирные кривые).

На диаграмме для больших осадок вместо ограничительных кривых по слемингу наносятся ограничительные кривые по заливаемости, поскольку при значительных осадках явление заливаемости становится лимитирующим режим плавания, а слеминг не проявляется.

Рассмотрим пользование штормовыми диаграммами на примерах решения задач по диаграмме, приведенной на рис. 7.24.

Если осадки носом и кормой превышают наибольшие их значения, имеющиеся на диаграмме, то слеминга и разгона винта не будет. В этом случае скорость судна и частота вращения гребного винта определяются по кривой и лимитируются работой двигателя без перегрузки. Например, если интенсивность волнения характеризуется высотой наблюдаемых волн м ( м), то режим движения судна изобразится точкой и наибольшая возможная скорость составит уз при частоте вращения винта об/мин. Если же осадки оконечностями меньше соответствующих точке , то режим движения при той же интенсивности волнения следует определять по кривым или в зависимости от того, какое из явлений накладывает большее ограничение. При этом точка , изображающая допустимый режим, переместится по вертикали вниз. Так, например, если осадка носом будет м, то при той же интенсивности, соответствующей м, допустимый режим изобразится точкой , которая определяет скорость уз и частоту вращения об/мин. Такое изменение режима обусловлено избежанием опасного слеминга. Если же осадка носом не менее 3,9 м, а осадка кормой м, то допустимый режим изобразится точкой , которой соответствуют скорость уз и частота вращения об/мин. Причем этот режим будет лимитироваться условием разгона винта. При изменении интенсивности волнения точка, изображающая допустимый режим, смещается вправо при его возрастании и влево – при его затухании. Однако смещение этой точки будет происходить вдоль разных кривых в зависимости от того, какое из явлений будет лимитирующим.

Если осадки судна превышают значения, нанесенные на кривых диаграммы, то при изменении интенсивности волнения режимная точка перемещается по кривой , ограничивающей двигатель без перегрузки. Например, если интенсивность волнения возросла с м до м, то точка сместится в точку и режим движения будет характеризоваться скоростью уз и частотой вращения винта об/мин.

Если же ходовой режим при м лимитировался слемингом и изображался точкой при м, то при м допустимый режим будет изображаться точкой , получающейся смещением точки вдоль кривой, соответствующей указанной осадке носом и ограничивающей режим движения по слемингу.

Аналогично, если первоначальный режим ограничивался по разгону винта и изображался, например, точкой , соответст­вующей м, то с ростом интенсивности волнения допустимый режим движения будет изображаться точкой, смещающейся вдоль кривой м, и при м изобразится точкой .

Могут быть также случаи, когда режим движения судна, лимитирующийся при некоторой интенсивности волнения одним явлением, при другой интенсивности будет лимитироваться другой причиной. Так, например, если судно имеет м и м, то при интенсивности волнения, характеризуемой м, допустимый режим изображается точкой , а при возрастании волнения до м изображающая точка сначала будет перемещаться по кривой м, лимитирующей режим по разгону винта, до точки пересечения с кривой м и далее по этой кривой до точки и режим движения будет лимитироваться уже явлением слеминга.

Пользование диаграммой, относящейся к плаванию судов при больших осадках, совершенно аналогично предыдущему, только здесь допустимые осадки носом лимитируются условием заливаемости палубы, а угрозы опасного слеминга не возникает. Диаграммы для косых курсовых углов позволяют оценивать влияние изменения курса судна на допустимую скорость исходя из тех же ограничительных условий, которые рассматривались выше.

В основу ограничительных кривых штормовых диаграмм В.Б. Липиса и Д.В. Кондрикова положены следующие нормы критериев мореходности:

а) среднее число опасных ударов при слеминге – 0,2 за 100 периодов килевой качки;

б) среднее число случаев опасного струйно-брызгового заливания – 3,0 за 100 периодов килевой качки;

в) среднее число срабатывания защиты двигателя по частоте вращения при разгоне винта – 0,1 за один час.

Кроме отмеченных, принимались во внимание данные натурных наблюдений заливаемости, опасной с точки зрения порчи груза и максимально допустимого давления на палубный груз, а также наибольшие ускорения от качки на носовом перпендикуляре.

Особую опасность представляет штормование судна на попутном волнении при курсовых углах волнения . В этом случае рекомендуется пользоваться штормовыми диаграммами А.И. Богданова.

Плавание судна в условиях попутного волнения существенно изменяет его остойчивость, качку и управляемость, что может привести к аварийной ситуации или даже к опрокидыванию судна.

Основные явления, возникающие при плавании на попутном волнении, которые могут привести к аварийной ситуации и признаки их появления состоят в следующем:

а) уменьшение поперечной остойчивости при прохождении вершины волны вдоль судна в районе миделя. Это особенно опасно, когда длина волны и её скорость близки к длине и скорости судна, при этом время пребывания судна с пониженной остойчивостью может быть достаточным для наклонения судна на опасный угол или до опрокидывания. Признаком приближения такого явления служит неожиданное увеличение крена существенно превышающего обычные амплитуды качки, появляющееся при прохождении вершин отдельных волн вблизи миделя и медленное возвращение судна в исходное положение; такие наклонения из-за смещения грузов или внешних условий могут быть несимметричными.

б) попадание судна в условия основного или параметрического резонанса, когда кажущийся период будет соответственно равен или вдвое меньше собственного периода бортовой качки (п.7.3.4.)

в) потеря управляемости, захват судна волной и разворот судна лагом к волне (брочинг), это явление особо опасно на переднем склоне волны. Явлению брочинга подвержены в основном малые и быстроходные суда при числах Фруда .

Признаком приближающегося брочинга является существенное изменение скорости при прохождении волны вдоль судна, его стремление к разгону на переднем склоне волны, ухудшение устойчивости на курсе и стремление судна развернуться лагом к волне, увеличение частоты и амплитуд перекладки руля для удержания судна на курсе. Для предотвращения брочинга рекомендуется иметь скорость ниже чем 0,6–0,7 от скорости распространения опасных волн, т.е. волн длиной более 0,8 длины судна, не допускать статического дифферента на нос, а в случае опасности захвата судна волной уменьшить скорость, не теряя при этом способности управляться.

Штормовые диаграммы А.И. Богданова разработаны на основе комплексного подхода к выбору безопасной скорости и курса судна при штормовом плавании на попутном волнении. Эти диаграммы строятся для формы конкретного судна с учетом его особенностей и могут использоваться только на судах одной серии; в этом смысле они не являются универсальными и приводимые ниже примеры диаграмм предназначены только для иллюстрации их содержания и пользования ими.

Первым вопросом возникающим при плавании на попутном волнении является определение характеристик волнения, при которых ставится заметным его неблагоприятное влияние на судно и необходимо пользоваться диаграммами для проверки безопасности плавания. Область таких параметров волнения ограничена внешним многоугольником на рис. 7.26, на котором по горизонтали отложена средняя длина волны , а по вертикали высота волн трехпроцентной обеспеченности. Заштрихованный многоугольник ограничивает область параметров волн наиболее неблагоприятных и опасных. Диаграмма рис.7,26 построена для судна длиной м. Если точка, соответствующая параметрам волнения располагается на рис.7,26 за пределами внешнего многоугольника, то плавание на таком попутном волнении считается благоприятным и проверки по штормовой диаграмме не требуется. Если же соответствующая точка попадает во внешний многоугольник или в заштрихованную область, то требуется проверка безопасности по штормовой диаграмме, особенно во втором случае, когда плавание на попутном волнении особенно неблагоприятно, а также опасно при

О

Рисунок 7.27. – Диаграмма штормового плавания на попутном волнении (основная, длина волны = 96 м) . Курсовой угол к волне

сновные штормовые диаграммы строятся для нескольких выбранных случаев нагрузки при наиболее опасной в отношении остойчивости длине волны и трех значениях её высоты ; ; ; характеризующих наиболее неблагоприятное сочетание пониженной остойчивости и резонансных режимов бортовой качки. На рис.7.27 показан вид такой диаграммы. По горизонтальной оси отложены значения метацентрических высот, исправленные на влияние свободных поверхностей жидких грузов. По вертикали отложены скорости судна в узлах, но вертикальных осей две группы. Одна относится к плаванию на глубокой воде, при различных курсовых углах вторая – к плаванию на ограниченной глубине , обе группы построены в одном масштабе, как при =0.

В поле диаграммы ограничены штриховкой пять зон неблагоприятных для плавания сочетаний , , и : 1) Зона недостаточной остойчивости, 2) Зона основного резонанса бортовой качки, 3) Зона параметрического резонанса бортовой качки, 4) Зона брочинга 5) Зона недостаточной управляемости.

Диаграммы позволяют оценивать безопасность режимов плавания в рейсе при длинах волн мало отличающихся от длины судна при плавании в области неблагоприятного волнения определенного на рис.7.26. Дополнительные диаграммы предназначены для оценки безопасности плавания по второй и третьей резонансным зонам бортовой качки при длине попутных волн отличающихся от длины судна. Эти режимы не зависят от высоты волн, поэтому разные случаи нагрузки представляются на одной диаграмме рис.7.28.

На поле диаграммы нанесены пары кривых ограничивающих зоны 2 основного резонанса и заштрихованные зоны 3 параметрического резонанса, для волн длиной =40м; 80м; 120м и 160м. Особая опасность параметрического резонанса бортовой качки заключается в том, что интенсивные колебания большой амплитуды могут возникнуть неожиданно при прохождении группы неблагоприятных волн (близких к регулярным на фоне общей благополучной предшествующей картины качки.)

Плавание в 3-й зоне не рекомендуется всем судам.

На дополнительных диаграммах вертикальные оси заменены на оси поправок к скоростям судна на глубину моря, которые приведены для длин волн в диапазоне , и добавлены горизонтальные оси , для разных осадок судна.

Имея набор основных диаграмм (рис.7.27) для ряда выбранных характерных случаев нагрузки и дополнительные диаграммы (рис.7.28) судоводитель может во всех случаях штормового плавания на попутном волнении оценить степень его опасности при фактических параметрах волнения, глубины моря, состояния нагрузки и остойчивости и в случае необходимости обоснованно выбрать безопасный режим плавания.