Лабораторная работа №11

«Плавание в штормовых условиях»

Цель: Дать студентам навыки работы с универсальной штормовой диаграммой по выбору безопасных условий плавания судна в шторм.

Задача: При выполнении данной работы производятся расчеты последующим разделам:

1. Использование диаграмм качки для выбора безопасного сочетания курса и скорости судна в шторм.

2. Расчет условий отсутствия слеминга.

1. Построение диаграммы качки

и выбор безопасного сочетания курса и скорости судна в шторм

Диаграмма качки (см. Приложение 4) предназначена для выбора курса и скорости судна с целью уклонения от резонансных условий качки. Диаграмма является графическим изображением зависимости

,

(11.1)

где  – кажущийся период волны, с;

 – длина волны, м;

 – скорость судна, уз.;

 – курсовой угол бега волны, град.

Диаграмма может быть использована для судов любых форм и размеров, и для любых видов волн.

Входными параметрами являются: период собственных колебаний судна (бортовых и продольных); длина волны; курсовой угол волны и скорость судна.

Диаграмма состоит из двух частей. Нижняя часть представляет семейство концентрических полуокружностей, соответствующих скорости судна в узлах и пучка лучей из центра. Каждый луч определяет курсовой угол волны в градусах. В верхней части диаграммы горизонтальные линии соответствуют длине волны, в метрах, а кривые периоду кажущейся волны в секундах. Пунктирная кривая, соответствующая периоду кажущейся волны равному бесконечности, означает, что судно идет «оседлав» волну, т.е. на попутном волнении идет со скоростью волны. Кривые расположенные выше этой пунктирной линии, соответствуют случаям, когда скорость попутного волнения больше скорости судна. Кривые расположенные ниже бесконечности соответствуют случаю, когда судно нагоняет волну.

Над верхней частью диаграммы находится тройная шкала для определения периодов кажущейся волны на границах резонансной зоны по периоду собственных колебаний судна.

При нерегулярном волнении, когда длину волны определить затруднительно, границы резонансной зоны определяют с помощью периода собственных колебаний и шкалы степени волнения в баллах (расположенной справа) или по высоте волны, шкалы  и (слева от диаграммы).

Выбор безопасных сочетаний курса и скорости произвести для заданных значений  и загрузки судна (малой метацентрической высоты и средней осадки судна).

Период собственных колебаний судна рассчитывают по формулам:

для бортовой качки

;

(11.2)

для килевой качки

,

(11.3)

где  – ширина судна, м;

 – средняя осадка, м;

 – малая метацентрическая высота, м;

 – коэффициент полноты водоизмещения корпуса судна.

Далее рассчитывают границы резонансных значений кажущегося периода волны ,  и находят на оси ординат диаграммы качки точки, соответствующие их величинам. Через эти точки проводят линии, параллельные оси абсцисс до пересечения с кривой заданной длины волны. От точек пересечения проводят линии, параллельные оси ординат. На нижней части диаграммы зона, лежащая между указанными линиями, является зоной усиленной качки. Сочетание курсового угла и скорости судна, располагающегося вне данной зоны, соответствует умеренной качке.

В заключении необходимо сделать вывод о наиболее безопасных сочетаниях курса и скорости судна в заданных условиях.

Вариант работы с диаграммой Ремеза рассмотрим на примере:

– судно следует скоростью 10 узлов, курсовой угол волны 70⁰ л/б, длина волны 100 метров, период бортовой качки 9 секунд.

Определить положение судна относительно резонансной зоны (условия в которых находится судно) и выбрать безопасный курс и скорость.

На верхней части диаграммы находим точку пересечения горизонтальной прямой соответствующей длине волны =100 метров с кривой периода собственных колебаний судна 9 сек. Из полученной точки опускаем вертикальную линию на нижнюю часть диаграммы. Это линия чистого резонанса.

По вспомогательной шкале над диаграммой определяем значение периодов кажущейся волны на границах резонансной зоны. Отыскав на средней линейке значение равное  9 сек. с верхней и нижней линеек снимаем 7 сек. и 13 сек.

На верхней части диаграммы находим точки пересечения горизонтальной прямой 100 метров с кривыми 7 сек. и 13 сек. Через эти точки проводим вертикальные прямые на нижнюю часть диаграммы. Они определяют границы резонансной зоны.

По скорости судна =10 узлов и курсовому углу  =70⁰ левого борта находим положение судна относительно резонансной зоны (точку на нижней части диаграммы).

В нашем случае вектор скорости судна находится внутри резонансной зоны близко к ее границе.

Из анализа построений делаем вывод о том, что судно, находясь в резонансной зоне испытывает сильнейшую бортовую качку, отрицательно воздействующую на судно, груз и людей.

Рис.11.1 Универсальная штормовая диаграмма Ю.В. Ремеза

Для вывода судна из опасного положения, необходимо изменить курс или скорость, или сделать это комплексно, одновременно меняя курс и скорость так, чтобы на диаграмме точка положения вектора скорости судна заняла место вне резонансной зоны. При этом надо учитывать, что, находясь вблизи границы резонансной зоны даже с ее внешней стороны, условия для плавания остаются сложными. Поэтому точку нового положения вектора скорости судна на диаграмме необходимо выбирать, по возможности, дальше от границы резонансной зоны.

В нашем случае для выхода из резонансной зоны можно увеличить скорость до 13–14 узлов, или отвернуть влево, изменив курсовой угол волны до 60⁰, или увеличить скорость до 12 узлов и отвернуть в лево, на курсовой угол волны 66⁰.

При нерегулярном волнении, когда известна степень волнения в баллах, на верхней части диаграммы находим точки пересечения кривой периода собственных колебаний судна с горизонтальными прямыми, проведенными из концов отрезка, соответствующей бальность.

Если известна только высота волны, то находим точки пересечения кривой периода собственных колебаний судна с горизонтальными прямыми проведенными через точки соответствующим высоте волны на шкалах А и В. В остальном действия аналогичны предыдущим.

2. Расчет условий отсутствия слеминга

Слеминг (гидродинамические удары волн в днище носовой части судна) может привести к повреждению обшивки корпуса и судового набора.

Условия отсутствия слеминга можно определить по выражению

,

(11.4)

где  – длина судна, м;

 – осадка носовой части судна, м;

 – коэффициент, зависящий от числа Фруда (см.рис.11.2);

 – длина наиболее крупных волн, м;

 – высота наиболее крупных волн, м.

Число Фруда  рассчитывается по формуле

,

(11.5)

где  – скорость судна, м/с.

Расчеты выполнить в следующем порядке:

1. Произвести расчет для выбора предельно допустимой скорости движения судна  при длине волны , высоте волны  и осадке .

При условии отсутствия слеминга коэффициент , зависящий от  и , должен быть:

.

(11.6)

Пример. Судно следует навстречу волне. Рассчитать скорость, при которой слеминг будет отсутствовать.

Исходные данные: =139,4 м; =17,7 м; =7,8 м; =120 м; = 5 м.

,

принимаем =0,8.

По =0,8 и =8 по графику рис.11.1 находим максимально допустимое значение . В нашем случае =0,14.

Максимально допустимая скорость судна определяется по выражению:

.

(11.7)

м/с = 10 уз.

2. Определить осадку носовой части , при которой не будет слеминга.

По результатам расчета сделать выводы о выборе оптимальной скорости судна и осадки его носовой оконечности.

Рис.11.2. Значение коэффициента