УЧЕТ ВЛИЯНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОНИЦАЕМОСТИ ПРИ РАСЧЕТЕ МЕТОДОМ ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ ЗНАКА НАЧАЛЬНОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА

АННОТАЦИЯ

При использовании «Методики оперативной оценки знака начальной остойчивости» аварийного судна, при затоплении отсеков, считается неизменными значения коэффициента проницаемости помещений. В действительности коэффициент проницаемости помещения может меняться в зависимости от количества груза и способа его размещения в трюме.

Ключевые слова: Судно, остойчивость, отсек, авария, категории, коэффициент проницаемости, поправочный коэффициент.

Введение. При применении «Метода оперативной оценки знака начальной остойчивости» [1]  аварийного судна (рис. 1), считается неизменным коэффициент проницаемости µ судовых отсеков, что справедливо для таких отсеков судна как грузовые танки наливных судов, грузовые трюма, диптанки, отсеки второго дна.

В служебных помещениях судна (помещения главных и вспомогательных механизмов, мастерские и т.п.) коэффициент проницаемости µ зависит от расположения механизмов, судовых систем и оборудования, и его значение зависит от уровня затопления. Как правило, с увеличением уровня затопления, значение коэффициента проницаемости µ увеличивается, причем это изменение линейное. Для проведения оперативного расчета изменения остойчивости, в таких помещениях, необходимо принимать значение, которое дает наибольшую потерю остойчивости. Следовательно, точность определения изменения значения начальной поперечной метацентрической высоты будет в таком случае невозможна [2-5].

В грузовых помещениях сухогрузных судов коэффициент проницаемости µ зависит от характера груза и его расположения в трюме. Имея информацию о загрузке и зная значения коэффициента проницаемости в отсеке, можно рассчитать значения поправочного коэффициента при расчете изменения поперечной метацентрической высоты при применении «Метода оперативной оценки знака начальной остойчивости» аварийного судна.

Цель исследования. Расчет значений поправочного коэффициента в «Методе оперативной оценки знака начальной остойчивости», с учетом коэффициента проницаемости отсека.

Материалы и методы исследования.

Выполненные автором расчеты изменения начальной поперечной метацентрической высоты по «Методу оперативной оценки знака начальной остойчивости» в работе «Использование методики оперативной оценки знака начальной остойчивости судна, при затоплении отсеков» при значении µ = 0,6 дают результат, отличающийся от истинных на 16%, что при авариях когда имеются известные ограничения, является вполне приемлемым. Полученные результаты дают значения, превышающие реальные (т.е. мы переоцениваем потерю остойчивости), что при аварийной оценке остойчивости является положительным моментом [1-4].

Рисунок 1. Схема расчета изменения метацентрической высоты судна методом оперативной оценки знака начальной остойчивости

Результаты исследования и их обсуждение. Представляет интерес, при каких значениях коэффициента проницаемости µ, рассчитанные по методу оперативной оценки знака начальной остойчивости значения в меньшей степени отличаются от истинных, и можно ли в связи с этим, откорректировать методику расчета изменения метацентрической высоты, чтобы получить значения соответствующим расчетным (истинным).

Продолжим рассматривать в качестве примера судно массой Δ = 4480 т, h = 0,67 м, осадкой d = 4,8 м и q_см = 15 т/см. Размер трюма: длина трюма l = 20 м, ширина b = 15 м, высота hт = 3,5 м, отсек – прямоугольный. Степень затопления - 70%. Выполним расчет изменения метацентрической высоты при затоплении отсека по второй категории, при разных значениях коэффициента проницаемости. Масса воды в затопленном трюме:

m_1.0 = ρv = 1,025· 735 = 753,375 т,

m_0,8 = ρv = 1,025· 588 = 602,7 т,

m_0,6= ρv = 1,025· 441 = 452,03 т,

m_0,4= ρv = 1,025· 294 = 301,35 т,

m_0,2 = ρv = 1,025· 147 = 150,675 т,

где v – объем воды в трюме.

v_1,0 = 0,7·µ·l·b·hт = 0,7·1,0· 20·15·3,5= 735 м³,

v_0,8 = 0,7·µ·l·b·hт = 0,7·0,8· 20·15·3,5= 588 м³,

v_0,6 = 0,7·µ·l·b·hт = 0,7·0,6· 20·15·3,5= 441 м³,

v_0,4 = 0,7·µ·l·b·hт = 0,7·0,4· 20·15·3,5= 294 м³,

v_0,2 = 0,7·µ·l·b·hт = 0,7·0,2· 20·15·3,5= 147 м³.

Аппликата центра тяжести воды в затопленном трюме:

z = hд + t/2 = 1,5 + 2,45/2 = 2,725 м,

где hд. - высота дна трюма над основной плоскостью, м.; t - уровень воды в трюме м.

t = 0,7 hт = 0,7·3,5 = 2,45 м.

Новая масса судна после затопления:

Δ_1,0 = Δ + m_1.0 = 4480 + 753,375 = 5233,375 т,

Δ_0,8 = Δ + m_0,8 = 4480 + 602,7 = 5082,7 т,

Δ_0,6 = Δ + m_0,6 = 4480 + 452,03 = 4932,03 т,

Δ_0,4 = Δ + m_0,4 = 4480 + 301,35 = 4781,35 т,

Δ_0,2 = Δ + m_0,2 = 4480 + 150,675 = 4630,67 т.

Изменение метацентрической высоты определим по формуле 1 с учетом влияния свободной поверхности жидкости:

                                            (1)

где i_x  - момент инерции свободной поверхности м⁴ .

Тогда рассчитанное по формуле (1) изменение метацентрической высоты судна при затоплении отсека по второй категории при значениях µ, составляет:

δh_(II)1,0 = (753,375/5233,375)·(4,8 + 753,375/200·15 – 2,75– 0,67 – (5625 /735)) = – 0,866м,

δh_(II)0,8 = (602,7/5082,7)·(4,8 + 602,7/200·15 – 2,75 – 0,67 – (5625 /588)) = – 0,946 м,

δh_(II)0,6 = (452,03/4932,03)·(4,8 + 452,03/200·15 – 2,75 – 0,67 – (5625 /441)) = – 1,028 м,

δh_(II)0,4 = (301,35/4781,35)·(4,8 + 301,35/200·15 – 2,75 – 0,67 – (5625 /294)) = – 1,112 м,

δh_(II)0,2 = (150,67/4630,67)·(4,8 + 150,675/200·15 – 2,75 – 0,67 – (5625 /147)) = – 1,197 м.

Изменение остойчивости при затопления отсека по первой категории, зависит от коэффициента проницаемости µ, в отличии от затопления отсека по третьей категории (не зависит от коэффициента µ и является const):

δh_(III) = - I_х/V = 5625/4370,73 = -1,287 м.

Таким образом, можно рассчитать поправочный коэффициент к^' для учета влияния коэффициента проницаемости, при использовании метода оперативной оценки знака начальной остойчивости. Значения поправочных коэффициентов зависит от значения µ, которое использовалось для расчета поправки к метацентрической высоте при затоплении отсека 1 категории. В данном примере было принято значение µ = 0,6. Зависимость поправочного коэффициента от коэффициента проницаемости можно представить в виде графика (рис 2).

Рисунок 2. Зависимость поправочного коэффициента к' от коэффициента проницаемости µ

Для более удобного расчета, преобразуем график (рис 2) в следующий вид (рис.3).

Рисунок 3. Зависимость поправочного коэффициента к^' от коэффициента проницаемости µ (2 вид)

Выводы: Выполненный расчет влияния коэффициента проницаемости µ при расчете изменения метацентрической высоты судна, с затопленным трюмом по 2 категории, показал, что использование формулы (2), дает результат близкий к истинному при небольших значений µ (от 0 до 0,3). Таким образом, расчет с применением формулы (2) возможен у полностью загруженных грузовых отсеков имеющих коэффициент µ до 0,3, a также для отсеков с постоянным значением µ, к которым можно отнести грузовые танки наливных судов, грузовые трюма, диптанки, отсеки второго дна. При µ > 0,6 целесообразно применение формулы (3), с учетом поправочного коэффициента к^'. Применение полученной формулы позволяет повысить точность расчета поправок к метацентрической высоте методом оперативной оценки знака начальной остойчивости.

Список литературы:

1. Бендус И.И. Оценка знака начальной остойчивости поврежденного судна. Сборник трудов по материалам научно-практических конференций ФГБОУ ВО «КГМТУ» 2018 г. / под общ. ред. Масюткина Е. П. – Керчь: ФГБОУ ВО «КГМТУ», 2018. – 190 с. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http:// www.kgmtu.ru/documents/nauka/onm2018.pdf, свободный. – Загл. с экрана.
2.  Бендус И. И. Теория и устройство судна, часть 1: Учебное пособие – 2-е изд. / И. И Бендус. – Керчь.: КГМТУ, 2008. – 243с., ил.
3. Бубнов И.Г. О непотопляемости судов. Морской сборник №4,5. – СПб, 1901.
4. Будник В.Ю., Черный С.Г. Применение технологии экспертного и технологического предвидения в задачах принятия решения при маневрировании судном / Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. 2018. № 57. С. 165-175.
5. Черный С.Г., Жиленков А.А. Моделирование процессов в системе датчик - объект при сканировании подводных коммуникаций / Вестник Концерна ВКО Алмаз-Антей. 2017. № 2 (21). С. 84-94.