Кафедра специальных дисциплин

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению курсового проекта по теории судна

«РАСЧЕТ МОРЕХОДНЫХ КАЧЕСТВ И ОБЩЕЙ

ПРОДОЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ СУДНА В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ»

Дисциплина: ″ Теория и устройство судна″

специальность " Судовождение"

Разработана:

доцент Собольков В.В.,

доцент Путий Л.Д.

Севастополь

Методические указания являются своеобразным руководством для работы с “Информацией об остойчивости и прочности грузового судна” при расчете вручную. Они содержат краткие сведения о судовой документации, используемой в расчетах мореходных качеств на рейс судна, пояснения к решению задач курсового проекта, определяют порядок выполнения, оформления и защиты работы.

Пособие предназначено для оказания помощи курсантам дневного факультета в подготовке и выполнению курсового проекта по расчету мореходных качеств судна и его общей продольной прочности с использованием типовой «Информации об остойчивости и прочности грузового судна».

СОДЕРЖАНИЕ

1. Цели и Задачи курсовоГО ПРОЕКТА

2. Решение задач по разделам ПРОЕКТА:

2.1. Определение необходимых на рейс запасов и их размещение на судне.

2.2. Размещение грузов пропорционально объему судовых помещений.

2.3. Расчет параметров мореходности судна в первом приближении.

2.4. Анализ исходного варианта загрузки судна.

2.5. Расчет грузового плана и параметров мореходности во втором приближении.

2.6. Построение диаграммы статической остойчивости.

2.7. Проверка остойчивости судна при заданной загрузке по критерию погоды

2.8. Проверка остойчивости судна при заданной загрузке по критерию ускорения К*.

2.9. Оценка посадки и остойчивости судна при затоплении одного отсека.

2.10. Определение резонансной зоны бортовой качки судна и выбор безопасных скоростей хода на заданном курсе.

3. Оформление пояснительной записки

4. Порядок выполнения.

Защита курсовоГО ПРОЕКТА.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ЛИТЕРАТУРА

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КурсовоГО ПРОЕКТА

Курсовой проект «Расчет мореходных качеств и продольной прочности судна в процессе эксплуатации» по дисциплине «Теория и устройство судна» выполняется согласно учебному плану специальности «Судовождение» в шестом семестре при изучении 2 раздела учебной программы «Теория судна».

Задачи курсового проекта:

Курсовой проект включает в себя задачи по важнейшим разделам курса теории и устройства судов. Изучение этих разделов дает курсанту закрепить полученные знания, которые необходимы для квалифицированного обеспечения безопасности мореплавания, удовлетворения нормам Регистра по запасу плавучести судна, его остойчивости, непотопляемости, прочности и плавании на попутном волнении.

Назначение курсового проекта состоит в том, чтобы будущий судоводитель представлял, как обеспечить безопасность человеческой жизни на море, контролируя мореходность расчетными методами по судовым документам, а также безопасность грузов и пассажиров в соответствии с требованиями ПДНВ-78/95.

Компетентность судоводителей должна соответствовать уровню эксплуатации, что подразумевает умение квалифицированно выполнять обязанности вахтенного помощника капитана при наличии соответствующего диплома.

Цели курсового проекта:

- приобретение навыков по выполнению эксплуатационных расчетов мореходных качеств судна по судовым документам;

- закрепление знаний по нормированию плавучести, остойчивости, прочности, непотопляемости в соответствии с требованиями Правил Российского Регистра судоходства, способов достижения норм в случае их невыполнения.

Все расчеты в проекте выполняются на основе “Информации об остойчивости и прочности грузового судна”, которая составлена в соответствии с требованиями Правил Российского Морского Регистра судоходства.

Наличие современной вычислительной техники на борту судна, рациональное выполнение расчетов по безопасности и экономичности эксплуатации судна не исключают необходимости уметь выполнять расчет без применения компьютера.

2. Решение задач по разделам курсовоГО ПРОЕКТА

Курсовой проект по теории судна выполняются с использованием типовой судовой документации теплохода «Новгород» (приложения 1-15).

2.1. Определение необходимых на рейс запасов и их размещение на судне.

2.1.1. Определение необходимых на рейс запасов для заданной дальности перехода.

Масса необходимых на рейс запасов определяетсяпропорционально дальности плавания.

В приложении 4 “Расположение запасов на 6000 миль для т/х “Новгород” указано рекомендованное количество запасов на дальность перехода 6000 миль:

o тяжелого топлива 503, 0 т;

o дизельного топлива 107, 0 т;

o масла 30, 3 т;

o питьевой воды 39, 0 т;

o воды мытьевой 38, 4 т,

o воды котельной 61, 1 т (всего воды 138, 5 т).

На заданную дальность перехода D необходимую массу запаса определяют пропорционально дальности плавания по формулам:

o количество тяжелого топлива:

Р_тт = 503, 0·D / 6000, т;

o количество дизельного топлива:

Р_дт = 107, 0·D / 6000, т;

o количество масла:

Р_м = 30, 3·D / 6000, т;

o количество воды котельной:

Р_вк = 61, 1·D / 6000, т;

o количество воды питьевой:

Р_вп = 39, 0·D / 6000, т;

o количество воды мытьевой:

Р_вм = 38, 4·D / 6000, т.

2.1.2. Размещение запасов по танкам на т/х.

Необходимые на рейс запасы размещаются по танкам с использованием «Данных по танкам т/х “Новгород”» (приложение 7). При этом необходимо соблюдать следующие требования:

o запасы размещаются только в танках, предназначенных для данного вида запасов;

o запасы топлива обычно распределяют в такой последовательности:

· расходные цистерны;

· танки, расположенные в районе МКО;

· танки двойного дна и носовые диптанки.

o для каждого вида запасов свободная поверхность жидкого груза может быть только в одном из загруженных танков. Наличие свободных поверхностей запасов в танках расходных и отстойных допустимо сверх этого правила;

o судно с запасами не должно иметь заметного крена, что обеспечивается с помощью примерно равного размещения запасов по правому и левому борту. При этом нет необходимости стремиться разместить симметрично каждый из видов запасов.

Записать в какие танки и в каком количестве необходимо разместить запасы на рейс.

2.1.3. Составление таблицы размещения судовых запасов

Данные по выбранной схеме размещения запасов заносятся в таблицу размещения судовых запасов (таблица 1).

В графу 1 таблицы 1 записывают выбранные для размещения запасов танки.

Во вторую графу заносят количество принятого в данный танк запаса.

Для каждой из цистерн, где расположены запасы на рейс, определяются координаты Z и X центров масс запасов, подсчитываются статические моменты относительно основной плоскости M_z и миделя M_x и записывают их значения в соответствующие графы. Для полностью заполненных танков отстояние центров масс от основной плоскости Z и от миделя X определяются по таблице приложения 7. При частичном заполнении танков корректируется координата Z с использованием данных из колонки “Снижение ЦТ на δ Z, м, от уменьшения запаса на 10 т от полного” (приложение 7). Расчет выполняется по формуле:

Z = Z₁₀₀ ─ δ Z·(Р₁₀₀ ─ Р) / 10, м;

где Z₁₀₀ и P₁₀₀ – координаты и масса запасов из колонок таблицы при 100%-ом заполнении танка;

Р – количество принятого в танк запаса.

Моменты относительно основной плоскости М_z и относительно миделя М_x для каждого танка с запасами при его частичном заполнении определяются как произведение массы P на координату Z и на координату X соответственно:

M_z = P·Z, т·м;

M_x = P·X, т·м

При 100%-ом заполнении танка значения моментов М_z и М_x можно взять из таблицы приложения 7.

В нижней части таблицы в строке “Поправка δ m_h (запасы)” в колонке M_z вписывается значение δ m_h – поправочное значение момента относительно основной плоскости, учитывающее влияние свободных поверхностей на начальную остойчивость (кратко эту величину называют поправкой на свободные поверхности). Значение поправки δ m_h (запасы) определяется суммированием поправок δ m_h таблицы «Данные по танкам т/х “Новгород”» (прил. 7) для танков со свободной поверхностью.

Допустимо во всех случаях принимать поправку на свободные поверхности на весь рейс как расчетную комбинацию поправок (крайняя правая колонка приложения 7 δ m_h = 989т·м).

Следующая строка таблицы “Запасы, S ” заполняется суммарными значениями в колонках P, M_z, М_x. Сумма M_z должна включать поправку δ m_h (запасы). Нижняя строка таблицы “Сумма моментов М_хз^н заполняется в колонке М_х суммой только положительных значений моментов из колонки М_х запасов.

2.2. Размещение грузов пропорционально объему судовых помещений

В курсовом проекте рассматривается нетиповой вариант загрузки судна только однородным грузом. Это несколько упрощает решение задачи о загрузке судна, но позволяет достаточно полно оценивать влияние нагрузки на мореходные качества.

Таблица 1

Поиск рационального грузового плана осуществляется методом последовательных приближений.

2.2.1. Определяется количество груза, которое необходимо разместить в пределах каждого из отсеков. Для этого:

а). Определяется величину груза, приходящегося на 1 м³ грузовых помещений, для заданного количества груза P_гр.

а = Р_гр / V_гп , т / м³.

где V_гп = 17900 м³ – суммарный объем судовых помещений, указанный в “Схеме размещения грузов т/х “Новгород”” (приложение 8),

б). Определяется масса груза P_i, приходящегося на каждое i-е из судовых помещений, по зависимости

Р_i = a ∙ V_i, т,

где V_i – объем i-го грузового помещения, м³ (приложение 8).

в). Оценивается объем груза V_грi, приходящегося на каждое грузовое помещение

V_грi = μ P_i.

Груз можно разместить в помещении, если объем грузового помещения V_i больше или равен объему груза V_грi.

V_i ≥ V_грi.

Иначе объем груза в каждом из грузовых отсеков принимается равным объему соответствующего грузового отсека, а избыточный объем V_палi = V_грi – V_i размещается на палубе.

г). Определяется масса груза в каждом грузовом помещении.

Масса груза в каждом из грузовых помещений, которое заполнено полностью V_грi = V_i, определяется делением объема помещения на удельно- погрузочный объем (УПО) груза μ. Например, масса груза в твиндеке № 1:

Р_тв1 = V _тв1 / μ, т.

При расположении палубного груза на верхней палубе его масса над каждым из отсеков определяется по зависимости

Р_{пал i} = V _{пал i} / μ, т.

При неполном заполнении отсека V_i> V_грi масса груза в отсеке определяется по зависимости Р_i = a ∙ V_i, т.

2.2.2. Определяются координаты центров масс груза Х_грi, Z_грi в каждом из грузовых помещений и на палубе.

Координаты снимаются со схемы размещения грузов (приложение 8). Вертикальные шкалы для грузовых помещений выражают зависимость объема V (м³) и координаты центра масс Z (м) от высоты уровня заполнения. Значения V, Z и X соответствуют заполнению помещений генеральным грузом. Например, если в трюм № 3 поместить 2400 м³ однородного груза, то координаты его центра масс будут x = 4, 10 м, Z = 4, 35 м.

Полученные значения координат Х и Z заносятся в таблицу 2.

2.2.3. Вычисляются статические моменты масс грузов каждого грузового помещения относительно миделя M_x и относительно основной плоскости M_z перемножением масс P на координаты Х и Z. Результаты заносятся в таблицу 1 нагрузки. Аналогично поступают с грузом на палубе, если таковой имеется.

2.2.4. Составление таблицы и схемы размещения грузов на судне.

Результаты расчета объемов груза, массы, координаты их центров масс, моментов M_x и M_z по всем грузовым помещениям заносятся в соответствующие колонки таблицы 2.

Суммируем по столбцам таблицы 2 массу груза и моменты груза относительно плоскостей миделя и ОП в отсеках и на палубе судна. В итоге получим статью нагрузки судна по перевозимому грузу.

Нижняя строка таблицы “Сумма моментов М_хгр^н заполняется в колонке М_х суммой только положительных значений моментов из колонки М_х грузов.

По итогам распределения груза вычерчивается схема размещения грузов в первом приближении, где штриховкой пропорционально отмечается заполнение отсека.

Схема размещения груза в первом приближении

2.2.5. Составление итоговой таблицы нагрузки судна (таблица 3).

Первой строкой в таблицу 3 заносится итоговое значение необходимых на рейс запасов из таблицы 1.

Второй строкой заносится итоговое значение таблицы размещения грузов на судне из таблицы 2.

Таблица 2.

Следующей строкой в таблицу нагрузки судна заносят массу и моменты экипажа со снабжением (приложение 1). В сумме первые три строки дают дедвейт DW и его моменты относительно миделя М_хDW и ОП М_zDW.

Добавив к дедвейту массу и моменты судна порожнем получают водоизмещение судна после погрузки D = DW + D_п ,

где D_п – водоизмещение судна порожнем (из приложения 1).

Таблица 3

Отдельной строкой в колонку M_x вносится сумма положительных моментов M _x^н части дедвейта, расположенного в нос от миделя SM _x^н = М_хз^н + М_хгр^н (М_хз^н и М_хгр^н из таблиц 1 и 2 соответственно), которая используется для оценки общей прочности корпуса судна после погрузки.

2.2.6. Определение координат ЦТ судна после погрузки.

Координаты ЦТ судна определяются делением моментов водоизмещения М_х и М_z на водоизмещение судна после погрузки

Х_g = М_х /D, Z_g = М_z /D.

Значения координат Х_g и Z_g заносятся в строку водоизмещение судна после погрузки таблицы 3.

2.3. Расчет параметров мореходности судна в первом приближении

2.3.1. Определение посадки судна после погрузки.

Значения осадок носом d_н и кормой d_к и дифферент D_f определяются по «Диаграмме осадок носом и кормой т/х “Новгород”» (приложение 2). В диаграмму входят со своими значениями дедвейта DW, момента дедвейта относительно миделя М_хDW и плотности забортной воды ρ. Осадки носом и кормой и дифферент по диаграмме определяют следующим способом:

o по нижней шкале откладывают значение дедвейта Dw с учетом плотности морской воды и проводят вертикаль;

o на вертикальной шкале откладывают значение момента дедвейта относительно миделя М _{х DW} и ставят точку;

o по этой точке, интерполируя между кривыми постоянных значений осадок, определяют осадки носом, кормой и дифферент.

Чтобы избежать ошибок, выбор осадок производят с одновременным контролем по дифференту. Например, если через искомую точку проходит линия дифферента на корму, то меньшая из осадок – d_н, большая – d_к.

По значениям осадок d_н и d_к вычисляют среднюю осадку

d_ср = 0, 5(d_н + d_к), м,

и дифферент

D_f = d_н – d_к, м.

Сравниваем полученное значение дифферента с его значением, снятым с диаграммы. При правильной оценке осадок носом и кормой значения дифферентов должно совпасть.

2.3.2. Оценка общей прочности корпуса судна после погрузки.

Общая прочность корпуса судна оценивается по “Диаграмме контроля прочности” (приложение 10). С диаграммы снимается стрелка перегиба корпуса по известным DW, SМ_х^н, D_f (см. таблицу 3).

Для определения перегиба корпуса необходимо:

o на горизонтальной шкале дедвейта для нулевого дифферента (нанесен в тысячах тонн), отметить точку, соответствующую дедвейту DW;

o затем вдоль наклонной линии, проходящей через дедвейт, провести от этой отметки отрезок до уровня, соответствующего дифференту D_f;

o из полученной точки провести вертикаль и на ней отложить отрезок равный моменту SМ_х^н (на вертикальной шкале значения SМ_х^н нанесены в тысячах тонно-метров) и поставить точку;

o по расположению точки на диаграмме определить значение стрелки перегиба корпуса f (см).

Общая прочность корпуса будет обеспечена, если полученная на диаграмме точка будет находиться между ограничивающими прямыми “Опасно – прогиб в рейсе”, “Опасно – перегиб в рейсе”. Если общая прочность не обеспечивается, то необходимо выработать предложения по уменьшению перегиба и реализовать их в следующем варианте грузового плана. Например, если велик перегиб, то часть груза переносят из оконечностей в средние отсеки.

2.3.3. Оценка начальной остойчивости судна после погрузки

Мерой начальной остойчивости и одним из критериев остойчивости являетсяметацентрическая высота. Согласно Нормам остойчивости Регистра она всегда должна быть положительной.

Приближенное значение h снимается с диаграммы контроля остойчивости (приложение 12) по известным DW и его моменту относительно основной плоскости M_zDW, включающего поправки на свободные поверхности в танках.

По оси абсцисс диаграммы откладывают величину дедвейта или соответствующую ему величину средней осадки. Осадку можно отложить на прямой, параллельной оси дедвейта «Осадка d, м». На оси ординат нанесено значение метацентрической высоты. На диаграмме проведены наклонные кривые момента дедвейта m_zdw. Для определения значений метацентрической высоты, минимально допустимой для данной загрузки судна, на диаграмме имеются несколько контрольных кривых, соответствующих минимальным (критическим) значениям метацентрической высоты по различным критериям остойчивости. Кривые 1 и 2 соответствуют допустимому значению метацентрической высоты по критерию погоды «К_v=1». Таких кривых может быть несколько. Например, кривая 1 для судна с генеральным грузом, кривая 2 для перевозки двух ярусов контейнеров на палубе. Верхние пунктирная и штрихпунктирные кривые отвечают требованиям, предъявляемым к диаграмме статической остойчивости соответственно по величине максимального плеча l_max = 0, 2 м, углу заката диаграммы статической остойчивости θ _v= 60° и θ _v = 55° (для судов, которым разрешено плавать при уменьшенном угле заката диаграммы). Кривая 3 ограничивает метацентрическую высоту по максимальной величине h_max для исключения нежелательных ускорений, возникающих при резкой качке с большой амплитудой.

Проверку соответствия остойчивости судна нормам Регистра по диаграмме контроля остойчивости выполняют следующим порядком. Например, дедвейт равен 13660 т (осадка 9, 5 м), M_zDW = 86850 т∙ м, для судна с генеральным грузом и 100%-ным запасом. На диаграмме для данного значения дедвейта (осадки) проводят вертикаль. На этой вертикали откладывают величину расчетного момента M_ZDW = 86850 т∙ м (точка А). По шкале ординат определяется расчетная метацентрическая высота h_р=1, 6м. Допустимые значения h_min, h_max, M_{zDW max} и M_{zDW min} определяют на диаграмме по точке пересечения вертикальной прямой с предельными кривыми 1 и 3. В результате для данного примера из диаграммы контроля остойчивости видно, что остойчивость судна при данной загрузке удовлетворяет требованиям правил Регистра, так как точка А лежит между предельной кривой минимально допустимой остойчивости «К_v=1» (кривая 1) (h_min = h_доп1 = 0, 3м при M_zDWmax=11000 т∙ м) и кривой максимально допустимой остойчивости (кривая 3) (h_max, = h_доп3 = 3, 32 м при M_{zDW min}= 54300 т∙ м).

Более точно метацентрическая высота рассчитывается с использованием табл. 3.1. (приложение 14). По DW выбираем два значения z_m из соседних строк: для меньшего значения дедвейта DW₁ < DW ─ z_ml и большего DW₂ > DW ─ z_m2 и интерполируем z_m по формуле:

z_m = z_m1+ (z_m2 – z_ml)· (DW-DW₁) /(DW₂– DW₁ ), м.

По формуле h = z_m – z_G, м находим h:

где z_G = M_Z / Δ, м.

2.4. Анализ исходного варианта загрузки судна

Комплексный анализ исходного варианта загрузки судна выполняется по плавучести, начальной остойчивости и общей прочности.

Посадка влияет на мореходные качества судна: заливаемость, остойчивость, управляемость, скорость хода, а также на обеспечение прочности корпуса и избежание слеминга и оголения винта. Согласно “Правилам о грузовой марке морских судов” Регистра, средняя осадка загруженного судна не должна быть больше осадки по грузовую марку, соответствующую времени и району плавания. Необходимо полученную в расчете среднюю осадку d сравнить со средней осадкой по грузовую марку (приложение 1).

Кроме того, осадка носом должна быть не менее 0, 025 L = 3, 45 м для обеспечения безопасности по слемингу.

Для обеспечения наименьшей потери скорости на волнении и предотвращения перегрузки двигателя из-за оголения гребного винта осадка кормой должна быть не менее 5, 55 м.

Судно в полном грузу для обеспечения наилучших ходовых качеств должно иметь посадку на ровный киль или с дифферентом на корму не более 0, 5 м.

Выполнив сравнение расчетных параметров посадки с указанными ограничениями, необходимо сделать итоговые записи в расчетной работе о степени удовлетворения требований к посадке или о необходимости корректировки грузового плана для удовлетворения этих требований.

Остойчивость загруженного т/х “Новгород” должна удовлетворять требованиям Правил Регистра, предъявляемым к грузовым сухогрузным судам неограниченного района плавания.

Общая оценка удовлетворения Нормам выполняется путем сравнения исправленной метацентрической высоты h с допустимыми значениями по условиям безопасности плавания h_доп3 и h_доп1.:

h_доп3 ≥ h ≥ h_доп1,

где h_доп1 − минимально допустимая остойчивость судна;

h_доп3 − максимально допустимая остойчивость судна (по нежелательным ускорениям, возникающим при резкой качке с большой амплитудой).

Параметры этого неравенства определяются по диаграмме контроля остойчивости (приложение 12) или по таблице 3.1 (приложение 14).

Сравнивая значения h с допустимыми h_доп1, и h_доп3, записать предложения об изменении грузового плана для изменения метацентрической высоты: повысить для повышения остойчивости или понизить для снижения ускорений на качке.

Общая прочность корпуса судна оценивается по “Диаграмме контроля прочности” (приложение 10). Перегиб корпуса должен находиться между ограничивающими прямыми “Опасно – прогиб в рейсе”, “Опасно – перегиб в рейсе”. Если общая прочность не обеспечивается, то необходимо выработать предложения по уменьшению перегиба и реализовать их в следующем варианте грузового плана. Например, если велик перегиб, то часть груза переносят из оконечностей в средние отсеки.

Выполнив комплексную оценку параметров исходного грузового плана по осадке, остойчивости, прочности наметить мероприятия по его улучшению. Стратегия улучшения мореходности путем изменения грузового плана основывается на непротиворечивых мероприятиях по переносу, приему, снятию груза. Непротиворечивость мероприятий обеспечивается тогда, когда, улучшая параметры мореходности, безусловно, требующие улучшения, удается улучшить (или по крайней мере не ухудшать) остальные показатели.

Качественно наметив мероприятия по улучшению грузового плана, переходят к их реализации в следующем разделе курсового проекта.

2.5. Расчет грузового плана и параметров мореходности во втором приближении

В соответствии с принятым решением об изменении грузового плана количественно перераспределяют груз в отсеках, а если необходимо, принимают балласт или отказываются от части заданного груза. Составляют новый грузовой план и просчитывают его параметры: DW, M_z, M_x, SМ_х^н, вычерчивают схему размещения грузов. По этим параметрам и документам, как это было сделано в разделе 2.3, определяют посадку, остойчивость, прочность судна. Затем выполняют комплексный анализ второго варианта загрузки судна по плавучести, начальной остойчивости и общей прочности. Если грузовой план второго приближения снова не удовлетворяет по каким-то параметрам требованиям Правил Регистра, то формируют и просчитывают еще один грузовой план. Такие операции проделывают до тех пор, пока не получат приемлемого варианта грузового плана. Обычно бывает достаточно выполнить два-три приближения. Окончательный вариант грузового плана вносят в пояснительную записку курсового проекта.

2.6. Построение диаграммы статической остойчивости.

Диаграмма контроля остойчивости служит для определения допустимых значений метацентрической высоты при заданной загрузке судна, удовлетворяю­щих нормируемым Регистром характеристикам остойчивости по:

Ø критерию погоды;

Ø максимальному плечу диаграммы статической остойчивости;

Ø углу заката диаграммы статической остойчивости.

Диаграмма статической остойчивости представляет собой график плеча статической остойчивости l в зависимости от угла крена θ при фиксированных значениях DW и h.

Для построения диаграммы статической остойчивости используют универсальную диаграмму статической остойчивости (приложение 13).

2.6.1. Определение плеч статической остойчивости судна при его наклонении.

При работе с универсальной диаграммой статической остойчивости рис. 1 в нее входят с величиной поперечной метацентрической высоты с учетом влияния свободной поверхности жидких грузов h (исправленной МЦВ), откладывая ее значение на правой вертикальной оси диаграммы от нуля. Полученную точку соединяют с началом координат. На вертикалях, проведенными через заданные углы q ( через 10⁰), измерителем снимают длину отрезков от проведенной наклонной прямой до линии, соответствующей заданному дедвейту судна DW. Положение линии заданного дедвейта DW определяют линейной интерполяцией между ближайшими линиями DW.

Длина полученных отрезков (l₀, l₁₀, l₂₀, l₃₀, l₄₀, ……) в масштабе вертикальной оси поперечной метацентрической высоты h определяет величину плеч статической остойчивости судна при его наклонении через каждые 10⁰ от положения равновесия 0⁰. Эти значения заносятся в таблицу 5 и используются для построения ДСО судна при заданной нагрузке.

Таким образом, диаграмма статической остойчивости может быть построена без расчетов, только с использованием измерителя и линейки.

2.6.2. Построение диаграммы статической остойчивости.

Данные для построения ДСО берутся из таблицы 4. По вертикальной оси откладывают значения плеча остойчивости l, а по горизонтальной – угла крена θ ⁰. Для углов крена ─ 10⁰ и ─ 20⁰ откладывают величину l₁₀ и l₂₀ в сторону отрицательных значений плеча.

Рис.1. Использование универсальной диаграммы статической остойчивости при построении ДСО для заданного DW

Таблица 4

Для работы с ДСО ее удобно построить на миллиметровой бумаге, разместив так, чтобы положительный участок оси углов простирался на 12-15 см, а отрицательный – на 5-7 см, соответственно для оси плеч эти участки должны составить 7-8 см и 4-5 см.

Для проверки правильности построения ДСО на ней строится проверочный треугольник:

• на горизонтальной оси ДСО откладывается угол θ = 1 рад (57, 3°);
• из полученной точки восстанавливается перпендикуляр, на котором откладывается отрезок равный начальной метацентрической высоте h, м;
• полученная на перпендикуляре точка соединяется отрезком с началом координат.

При правильно построенной диаграмме этот отрезок должен пройти по касательной в точке 0 к начальному участку диаграммы.

2.6.3. Определяются характеристики ДСО. Оценивается соответствие ДСО судна при данной нагрузке нормам Регистра и требованию Кодекса остойчивости ИМО.

Требования к остойчивости судов Регистра Судоходства содержатся в части IV «Правил классификации и постройки морских судов», том 1, Санкт-Петербург 2007г. Эти требования соответствуют рекомендациям ИМО по остойчивости для судов, выполняющих международные рейсы.

Требования к остойчивости неповрежденных судов Международной Морской Организации (IMO) содержатся в Code on Intact Stability for All Types of Ships Covered by IMO Instruments (Resolution A.749(18)) 1993 года и определяют предельные значения следующих величин для судов всех типов:

- критерий погоды;

- угол крена от действия постоянного ветра;

- наибольшее плечо и угол максимума диаграммы статической остойчивости;

- площадь диаграммы статической остойчивости до углов крена 30°;

- площадь диаграммы статической остойчивости до углов крена 40°;

- площадь диаграммы статической остойчивости между 30° и 40°;

- исправленная начальная метацентрическая высота.

Сравнивая характеристики ДСО с нормативами, делается вывод о соответствии ДСО требованиям Регистра.

2.7. Проверка остойчивости судна при заданной загрузке по критерию погоды

Проверка остойчивости судна по Критерию погоды выполняется с помощью ДСО, построенной для принятого варианта нагрузки

Рис 2 Проверка остойчивости судна по критерию погоды

Считается, что судно находится под действием ветра постоянной скорости, направленного перпенди­кулярно к его диаметральной плоскости. На судно будет действовать постоянный кренящий момент от ветра.

2.7.1 Определяется плечо lw_l постоянного кренящего момента

lw_l = (Zp + d/2)· Av · Pv / Δ ∙ 1000g

где Zp, м – возвышение центра парусности над действующей ватерлинией, соответствующей осадке d;

Av, м²– площадь парусности т/х “Новгород”, при осадке d;

Pv, Па – расчетное давление ветра, которое принимается в зависимости от района плавания,

(для неограниченного района плавания Pv =504 Па)

Δ – водоизмещение судна при заданном варианте загрузки;

g – ускорение свободного падения принимается равным 9, 81 м/с².

Величины Zp и Av рассчитываются по формулам:

Zp =[Av₀· Zp₀ − (Av₀ ─ δ A/2)(d − d0)]/(Av₀ − δ A)

δ A= L(d − d0)

Av = Av₀ − δ A.

где d₀ = 3, 1м – средняя осадка порожнего судна,

Zp₀ = 8, 84м – возвышение парусности порожнего судна над действующей ватерлинией, для т/х “Новгород”,

Av₀ = 2040 м²– площадь парусности судна порожнем, для т/х “Новгород”;

L – длина действующей ватерлинии, на всем диапазоне изменения осадки принимается приближенно равной 138 м.

2.7.2 Отложив на ДСО плечо постоянного кренящего момента lw₁ определяется статический угол крена θ s, вызванный постоянным ветром.

2.7.3 Определяется плечо lw₂ динамически действующего на судно момента от порыва ветра

lw₂ = 1, 5 lw_l

Определяется условная амплитуда бортовой качки судна:

θ _2r = 109k X₁X₂

Коэффициенты определяются по таблицам: А-Г

Множитель X₁ определяют из таблицы А

Таблица А

Множитель X₂ определяютиз таблицы Б

Таблица Б

Величину k выбирают из табл. В. А_k / LB =

Таблица В

В таблицах А-Г:

d - осадка судна;

Св - коэффициент общей полноты;

А_k - общая площадь килей (А_k = 36, 0м² для т/х «Новгород»);

Для определения коэффициента общей полноты используетсяΔ – водоизмещение судна при заданном варианте загрузки;

ρ – плотность забортной воды.

Параметр r определяется по формуле

r = 0, 73+0, 6(z_g—d)/d

Значение r не должно приниматься больше 1.

S — безразмерный множитель, определяемый по табл. Г в зависимости от района плавания судна и периода качки Т, который рассчитывается по формуле

Т=2СВ /

где С = 0, 373+0.023 В/d − 0, 043 L/100

h — исправленная метацентрическая высота (с поправкой на свободные поверхности жидких грузов)

Множитель S

Таблица Г

Район плавания судна	Т, с
≤ 5
Неограни- ченный	0, 1	0, 1	0, 098	0, 093	0, 079	0, 065	0, 053	0, 044	0, 038	0, 035

 

Полученное значение угла θ _2r откладывается влево от угла θ _S и проводится вертикальная линия от ДСО до горизонтальной линии плеча l_{w 2}.

Вычисляются и сравниваются площади а и b, заштрихованные, см. рис 2.)

Площадь b ограничена кривой l (θ) восстанавливающих плеч, горизонтальной прямой, соответствующей кренящему плечу l _w2, и углом крена θ _{w 2} = 50°, либо углом заливания θ _f, либо углом крена θ _С, соответствующим точке второго пересечения прямой l _w2с кривой восстанавливающих плеч, в зависимости от того, какой из этих углов меньше.

Величины площадей а и b (м· рад), определяются как площадей треугольников, где углы крена переводятся в радианы.

Остойчивость судна по Критерию погоды К = b/а считается достаточной, если площадь b равна или больше площади а, т.е. К > 1.

 

 

2.7 Проверка остойчивости судна при заданной загрузке по критерию ускорения К*.

2.8.1. Вычисляется величина

где – объемное водоизмещение судна, м³;

z_g – возвышение центра тяжести судна над основной плоскостью, м;

h₀ – метацентрическая высота без поправок на свободные поверхности, м;

В – ширина судна (В = 20, 6 м).

Затем по полученной величине выбрать значение коэффициента m_о (табл. 7).

 

Объемное водоизмещение судна определяется делением массового водоизмещения судна Δ, т на плотность забортной воды ρ, т/м³.

= Δ /ρ, м³.

Метацентрическая высота без поправок на свободные поверхности

h₀ = h + δ m_h / Δ, м.

2.8.2. Выбирается значение коэффициента m_о из таблицы Д

 

Таблица Д

 

	mо		mо
0, 10 и менее	0, 34	1, 00	1, 96
0, 15	0, 42	1, 50	2, 46
0, 25	0, 84	2, 00	2, 89
0, 50	1, 13	2, 50	2, 88
0, 75	1, 58	3, 00 и более	2, 94

 

2.8.3. Рассчитывается ускорение a_рас (в долях g) по формуле

 

a_рас = 0, 0011· B·m²·θ _2r,

где θ _2r – расчетная амплитуда качки в градусах, которая уже была определена ранее;

m – нормируемая частота собственных колебаний судна, определяется так:

m = m₀ /

где h₀ – метацентрическая высота без поправок на свободные поверхности.

 

2.8.4. Определяется критерий ускорения К*.

К* = 0, 30 / a_рас.

В этой формуле в числителе значение 0, 30 соответствует допустимому значению расчетного ускорения груза, расположенного у борта. Это соответствует расчетному ускорению 0, 3 g (в долях g).

Остойчивость считается приемлемой по критерию ускорения, если соблюдается условие

К* ≥ 1.

 

 

2.8.5. Данные расчетов сводятся в таблицу 5 и делаются общие выводы о соответствии требований Регистра судоходства и Кодекса ИМО к остойчивости неповрежденного судна

 

Проверка остойчивости по требованиям ИМО

Таблица 5

№ п/п	Критерий	Обозначение	Нормируемая величина	Фактически
	Критерий погоды	KIMO	≥ 1
	Начальная метацентрическая высота, м	h	≥ 0, 15
	Угол крена от постоянного ветра, °	θ s	≤ 160
	Угол максимума диаграммы, °	θ m	≥ 25
	Наибольшее плечо статической остойчивости, м	l m	≥ 0, 20
	Угол заката диаграммы, °	θ v	≥ 60
	Площадь ДСО при крене до 30° м∙ рад	А30	≥ 0, 055
	Площадь ДСО при крене до 40° м∙ рад	А40	≥ 0, 090
	Площадь ДСО между 30° и 40°, м∙ рад	А30-40	≥ 0, 03

 

 

2.9. Оценка посадки и остойчивости судна при затоплении одного отсека.

 

Исходными данными для расчета являются:

· дедвейт неаварийного судна DW, т, его моменты М_х, М_z, т∙ м;

· поперечная метацентрическая высота: h, м;

· осадка судна до аварии d_н и d_к, м;

· плотность забортной воды: ρ, т/м³;

· коэффициент проницаемости отсека: η _гр;

· номер поврежденного отсека: №;

· аварийный отсек затоплен симметрично и уровень влившейся воды в нем на 1 м выше палубы твиндека.

2.9.1. Изображают схему судна, выбрав произвольный масштаб размеров по горизонтали (рис. 3). Для получения более наглядной картины следует изобразить судно укороченным по горизонтали и вытянутым по вертикали.

Наносят на схему ватерлинию неаварийного судна WL.

 

2.9.2. Определяют объем затопленной части поврежденного помещения.

Для этого участки затопленного отсека, залитые водой, разобьем на харак­терные объемы:

v₁ — занятый грузом в трюме;

v₂ — между грузом и обшивкой трюма;

v₃ — занятый грузом в твиндеке по уровень за­топления;

v₄ — между грузом и обшивкой твиндека по уровень за­топления;

v₅ — над грузом в трюме до палубы твиндека.

 

 

Рис. 3. Схема судна

 

По схеме размещения грузов (приложение 8) определяем:

v₁, м³; v₃, м³; v₅, м³.

Величины объемов v₂ и v₄ принимаются равными 2% от объема v₁ и v₃ соответственно:

v₂ = 0, 02· v₁, м³; v₄ = 0, 02· v₃, м³;

 

Коорди­наты центров объемов принимают равными координатам ЦМ грузов в трюме и твиндеке (по уровень затопления) и определяют их по схеме размещения грузов:

z₁= z ₂, м; z₃ = z₄, м; z₅, м;

х₁ = x₂ = х₅, м; х₃ = х₄, м.

Коэффициенты проницаемости объемов v₂, v₄ и v₅ η ₂ = η ₄ = η ₅ = 1, а объемов занятых грузом v₁ и v₃ ─ η _гp1 = η _гp3 = η _гр.

 

2.9.3. Определяется масса влившейся в аварийный отсек воды Р_а и ее мо­менты δ M_z, δ М_х:

 

Р_а = ρ Σ η _грi v_i = ρ (η _гp1· v₁ + η ₂· v₂ + η _гp3 · v₃ + η ₄ · v₄ + η ₅ · v₅), т;

 

δ M_z = ρ Σ η _грi v_i z_i = ρ (η _гp1·v₁∙ z₁+ η ₂· v₂ ∙ z₂ + η _гp3 · v₃ ∙ z₃ +

η ₄ · v₄ ∙ z₄ + η ₅ · v₅ ∙ z₅), т · м;

 

δ M_x = ρ Σ η _грi v_i x_i = ρ (η _гp1· v₁ ∙ х₁+ η ₂· v₂ ∙ x₂ + η _гp3 · v₃ ∙ х₃ + η ₄ · v₄ ∙ х₄+ η ₅ · v₅ ∙ х₅), т · м.

 

 

2.9.4. Определяются значения дедвейта и его моментов относительно ОП и миделя для аварийного судна:

DW_a = DW + P_a, т;

M_za = M_zDW + δ M_z, т∙ м;

М_ха = М_хDW + δ M, т∙ м.

 

2.9.5. По DW_a и М_ха на диаграмме осадок носом и кормой (приложение 2) определяется посадка аварийного судна:

d_нa, м; d_кa, м; Df_а = d_на – d_ка, м.

 

2.9.6. Используя диаграмму контроля остойчивости (приложение 12) по DW_a и М_zа определяется значение аварийной MB без учета влияния свободной поверхности:

h_a, м.

 

2.9.7. Определяется поперечная метацентрическая высота аварийного судна h_a1 с учетом влияния свободной поверхности в аварийном отсеке

 

h_a1 = h_a + δ h, м;

δ h = – ρ _а · i_x /(Δ _п +DW_a), м;

ρ _а = η _гр∙ ρ, т/м³;

i_x = l·b³/12, м⁴,

 

δ h ─ поправка на влияние на остойчивость свободной поверхности в аварийном отсеке;

ρ _а – условная плотность влившейся воды для верхнего слоя затопленного груза в твиндеке;

i_x ─ момент инерции свободной поверхности;

l, м — длина твиндека, снимается со схемы размещения грузов;

b = В = 20, 6 м — ширина твиндека, принята равной ширине судна.

Выписываются полученные параметры аварийного судна:

· дедвейт DW_a;

· поперечная метацентрическая высота h_a1 ;

· осадка носом d_на;

· осадка кормой d_ка;

· осадка средняя d_cра = 0.5 (d_на + d_ка);

· дифферент Df_а = d_на – d_ка;

· количество влившейся в поврежденный отсек воды P_а;

 

Наносится искомая ватерлиния аварийного судна W_аL_а на схему (рис. 3) и заштриховывается затопленный объем.

 

2.9.8. Строится ДСО аварийного судна для заданных DW_a и h_a1.

Для построения ДСО используют универсальную диаграмму статической остойчивости т/х «Новгород» (приложение 13). Искомые плечи ДСО заносятся в таблицу 6.

Таблица 6.

θ 0
lθ , м

 

С помощью проверочного треугольника оценивается правильность построения ДСО.

На построенной ДСО аварийного судна обозначаются ее характеристики и выписываются их значения:

· угол максимума ДСО θ _m, ⁰;

· максимальное плечо ДСО l_m, м;

· протяженность участка положительных плеч ДСО, ⁰.

Сопоставить полученные параметры с нормативными значениями (табл. 7).

 

Таблица 7

№	Наименование параметра	Норматив	Построенная ДСО
	МВ аварийного судна	> 0, 05 м
	Максимальное плечо ДСО	> 0, 10 м
	Протяженность участка положительных плеч ДСО	> 30 град.

 

2.9.9. Делается вывод о соответствии требований Регистра к посадке и остойчивости аварийного судна.

Ватерлиния аварийного судна не должна проходить выше пре­дельной линии погружения. От­верстия, через которые возможно дальнейшее распространение воды в неповрежденные отсеки должны быть выше аварийной ватерлинии не менее чем на 0, 3 м.

Метацентрическая высота до принятия мер по ее увеличению должна быть не менее 0, 05 м.

Максимальное плечо диаграммы статической остойчивости аварийного судна должно быть не менее 0, 1 м, а зона положительных значений плеч статической остойчивости должна быть не менее 30° при симметричном затоплении.

 

 

2.10. Определение резонансной зоны бортовой качки судна и выбор безопасных скоростей хода на заданном курсе.

 

В штормовых условиях качка судна приобретает наиболее неблагоприятный характер, а иногда даже опасный в режиме резонанса, когда совпадают или близки кажущийся период волны t _к и период собственных колебаний судна t _θ .

Параметры резонансной зоны определяются по штормовой диаграмме Ю. В. Ремеза (приложение 15) по известному значению длины волны λ (заданной при планировании рейса на основе долгосрочного прогноза). Штормовая диаграмма Ю. В. Ремеза позволяет установить неблагоприятные сочетания курса и скорости хода судна при штормовом плавании и уклонится от резонанса.

2.10.1. Построение околорезонансной зоны при известной длине волны l.

1. Определяем период собственных колебаний судна τ _θ (качка судна на тихой воде) для заданной нагрузки.

Значение τ _θ снимается с диаграммы контроля остойчивости (приложение 12) по DW, т, и M_{z DW}, т· м.

2. На верхней части диаграммы на оси длин волны l откладываем заданное значение l и через полученную точку проведем горизонталь.

3. Из точки пересечения горизонтали с кажущимся периодом t _к, равным периоду качки на тихой воде τ _θ (τ _к = τ _θ ), проведем вертикаль по планшету (нижняя часть диаграммы). Эта вертикаль определяет условия резонанса качки. Любое сочетание курсового угла j и скорости v_s на этой линии будет соответствовать условиям резонансной качки.

4. Границы околорезонансной зоны выделяется построением вертикалей из точек пересечения горизонтали, проведенной по l, с кажущимися периодами t _к1 = 0, 7t _θ и t _к2 = 1, 3 t _θ . Эти значения t _к получим на номограмме, которая расположена над диаграммой. Для этого на средней шкале отложим значение t _θ, а на верхней части и нижней снимем значения 0, 7 и 1, 3 от t _θ .

Из точек пересечения горизонтали по заданной l и линиями периодов t_к1 и t_к2 опускаем вертикали на планшет. Полоса на планшете между полученными вертикалями – околорезонансная зона основного резонанса. Если точка на планшете, соответствующая заданным значениям курсового угла волнения j и принятой скорости хода v_s, попадает в эту полосу, то судно попадает в зону основного резонанса и будет подвергаться усиленной качке.

5. Указать при каких скоростях хода на заданном курсе φ судно попадает в околорезонансную зону основного резонанса, а при каких скоростях не попадает.

3. Оформление пояснительной записки курсовоГО ПРОЕКТА

 

Расчеты, пояснения, а также обоснования принимаемые в курсовом проекте решений представляются в виде расчетно-пояснительной записки.

Пояснительная записка выполняется на листах формата А4 (текст располагается на одной стороне листа) и должна иметь обложку из плотной бумаги. На обложке указывается название работы, фамилия, имя, отчество автора проекта, специальность, номер группы.

Пояснительная записка должна содержать:

Задание (получить у преподавателя);

1. Введение, в котором кратко описывается цель курсовой работы.

 

2. Расчет мореходных качеств т/х “Новгород”. В основном разделе курсового проекта по пунктам в соответствии с наименованием пунктов «Содержания» 2.1 ─ 2.10 Методики выполняются расчеты и приводится анализ грузового плана.

 

3. Выводы о соответствии мореходных качеств судна требованиям и о необходимости их контроля в рейсе.

Изложение содержания курсового проекта в пояснительной записке должно быть кратким, четким, исключающим возможность субъективного толкования.

В пояснительной записке при первом использовании того или иного судового документа необходимо описать методику работы с ним. В дальнейшем, если возникает необходимость, в тексте пишут, например, “метацентрическую высоту определяем по Диаграмме контроля остойчивости, по DW и M_z”, не описывая самой процедуры определения.

При использовании формулы запись выполняют так:

h_a1 = h + δ h = 1, 2 + (─ 0, 3) = 0, 9 м;

Текстовая часть пояснительной записки выполняется разборчивым почерком черными или черной пастой. Разрешается оформлять проект на компьютере.

Каждый лист пояснительной записки должен иметь:

- поля – слева 20мм, остальные по 5мм;

- колонтитулы, - в нижнем указать: фамилию, инициалы № варианта – слева и № страницы – справа.

 

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ.

ЗАЩИТА КУРСОВОЙ РАБОТЫ

 

На выполнение курсовой работы в указанном объеме курсанту отводится 7 – 9 недель учебного семестра.

Внимательное и вдумчивое прочтение методических указаний и знакомство с судовыми документами позволят вам избежать обидных ошибок и сократит время на решение задач.

Выполненная работа сдается преподавателю на проверку.

После проверки правильности выполнения расчетов и оформления пояснительной записки, исправления ошибок, если таковые обнаружились, преподаватель назначает время защиты курсовой работы.

Защита курсовой работы представляет собой индивидуальное собеседование с преподавателем, в ходе которого каждый студент:

· рисует схему возникновения восстанавливающего момента при малых наклонениях;

· на сечении судна плоскостью мидель шпангоута показывает схему расположения характерных центров, расстояний между ними, их название и значение

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==> Рубежный контроль в форме письменной контрольной работы. | Самостоятельная работа студентов на занятии. . 7