Капитану о прочности корпуса судна (Максимаджи А.И.)

коэффициент

по формуле

(2.

24)

k = ( 8δ+5)•[0.928+(3σ

/10

)] =

=(8•0.775+5)•[0.928+(3•395/10

)] = 10.4

прогиб в миделевом сечении по формуле (2.27)

Оценка изменения грузоподъемности.Изменение

грузоподъемности ΔV, м

при прогибе

(перегибе)

можно

оценить по формуле

ΔV = αLBv

⊗

/ (3 – 2α),

(2. 28)

где α — коэффициент полноты ГВЛ; L, В и

⊗

— со-

ответственно длина, ширина судна и прогиб на миделе, м.

Рис. 2.15. Значение коэффициента

= W

для

судов без двойного дна (и), с двойным дном: однопалубных

(б) и двухпалубных (в),

•

—расчеты по реальным судам.

Возможные значения недогрузки вследствие про

иба на тихой

воде представлены для некоторых наливных судов

табл. 2.6.

Таблица 2.

6. Потеря грузоподъемности из-за прогиба

Тип судна

Дедвейт, т

Потеря грузоподъемности, т

«Сплит»

22500

«Варшава»

30800

200

«София»

49300

300

Чисто балластные танки, предусмотренные в средней части

судна, способствуют уменьшению прогиба корпуса с полным
грузом,

следовательно,

уменьшению

потери

грузоподъемности

из-за

преждевременного

погружения

грузовой  марки.  На  танкерах,  находящихся  в  эксплуатации,
недогрузку  можно  уменьшить,  если  оставить  порожними  или
заполнить  неполностью  средние  по  длине  судна  танки,  т.  е.
снизить прогибающий момент на тихой воде. Это относительно
легко  реализуется  при  перевозке  тяжелых  сортов  жидкого
груза.

Потеря грузоподъемности может быть вызвана не только

прогибом корпуса на тихой воде и из-за разности температуры,
но и ошибками в определении составляющей нагрузки судна. В
частности, наличие неучтенных грузов или ошибки в
определении массы порожнего судна нередко приводят к
недогрузке судна.

Пример. Определить уменьшение объемного водоизмеще-

ния вследствие прогиба при осадке по грузовую марку нефте-
наливного судна длиной L = 214 м, шириной В = 31 м, у ко-
торого коэффициент полноты КВЛ а = 0, 85, прогиб на миделе
v

⊗

10м.

Решение. По формуле (1.

42) находим ΔV = aLB

⊗

/(3 — 2а) = 0,

85 • 214

• 31 • 0,

1/(3 — 2.

85= 433 м

Кручение корпуса на тихой воде. При перевозке грузов

укрупненными  местами,  особенно  в  контейнерах,  трейлерах,
лихтерах,  составляющие  нагрузки  иногда  неравномерно
распределяются  по  ширине  судна.  Кренящие  моменты  могут
отсутствовать,  так  как  они  легко  обнаруживаются  и
устраняются в процессе

Рис. 2.16. Кручение корпуса на тихой воде.

1— плечо груза относительно ДП; 2— груз с ЦТ справа от ДП; 3—груз с ЦТ

слева от ДП: 4—крутящий момент.

погрузки. Однако корпус оказывается подвергнутым действию
значительных статических крутящих моментов

(рис. 2.16)

Вероятность возникновения крутящих моментов увеличивается
с  ростом  неоднородности  грузов  и  числа  мест  груза.  С  целью
оценки  этой  случайной  нагрузки,  опираясь  на  обеспеченность
ее  порядка  10-

, классификационные общества рекомендуют

для судов открытого типа (контейнеровозов) считать
возможным наличие в загруженном корпусе статического
крутящего момента (в кН-м)

кр

= 30

•

где n— число принятых на судно 20-футовых контейнеров; В—
ширина судна, м. Эта величина учитывается при обеспечении
прочности корпуса судна на стадии его проектирования.

§ 10. Определение массы принятого груза по

водоизмещению судна

Истинное водоизмещение судна. В ряде случаев

судоводителю

необходимо

знать

действительное

во-

доизмещение судна с большой точностью. Такая не-
обходимость возникает не только при проведении

контрольных  опытов  кренования  для  последующих  расчетов
остойчивости,  точность  которых  прямо  связана  с  точностью
определения  водоизмещения  судна,  но  и  в  тех  случаях,  когда
судоводитель использует судно в качестве весов для проверки
правильности  береговых  данных  о  массе  принятого  жидкого
или навалочного груза.

Расхождение между судовыми и береговыми данными в

массе принятого груза более чем на 1 % может  вызвать  спор
или  различные  недоразумения.  Большие  трудности  при
установлении  истинного  водоизмещения  иногда  возникают,
когда прием жидких грузов выполняется на далеко отстоящих
от  берега  терминалах,  вследствие  качки  судна  и
взволнованной  поверхности  воды.  В  этих  условиях
приходится  вынуждено  ориентироваться  только  на  осадку  на
миделе  и  по  ней  находить  водоизмещение.  Если  же  при
рассматриваемой загрузке  необходимо  учитывать прогиб  или
перегиб  судна,  то  для  достижения  приемлемой  точности  при
определении  водоизмещения  по  осадке  нужно  к  замеренной
осадке на миделе обязательно вводить поправки.

Обычно средняя (приведенная) осадка, откоррек-

тированная на прогиб или перегиб, определяется с помощью
следующего выражения:









−

•

⊗

. ( 2.29 )

Здесь

⊗

— значения осадки, измеренные

соответственно  в  носу,  корме  и  на  миделе;  k—коэффициент,
зависящий  от  формы  грузовой  ватерлинии.  Коэффициент  k
можно принимать равным 2/3 или определять по более точной
формуле,  учитывающей  влияние  на  него  коэффициента
полноты действующей ватерлинии α,

−

≈

−

•

. (2.30)

Формула

(2.30)

позволяет практически точно определить

водоизмещение  судна  по  грузовому  размеру  и  dп  для
достаточно  полных  судов  (α > 0,75). Дополнительные
коррективы могут понадобиться для острых судов, особенно с
ярко  выраженной s-образной  или  бульбовой  формой
ватерлинии в оконечностях.

Основной причиной прогиба или перегиба корпуса судна

является деформация изгиба. Однако в случае неравномерного
распределения  грузов  по  длине  корпуса  иногда  требуется
дополнительно  учесть  деформацию  сдвига.  Роль  этой
составляющей,  незначительная  при  равномерной  загрузке
судна,

возрастает

по

мере

увеличения

степени

неравномерности и может достигать 20—25 % от деформации
прогиба,  определенной  при  учете  только  составляющей
изгиба. Отсюда следует, что  учет  деформации  сдвига  необхо-
дим,  например,  для  судов,  перевозящих  тяжелые  навалочные
грузы,  особенно,  если  чередуются  пустые  и  загруженные
трюмы.  Эта  составляющая  играет  менее  важную  роль
(пренебрежимо  мала),  когда  все  трюмы  судна  заполнены
однородным  грузом,  например,  у  наливных  судов  с  полным
грузом  при  транспортировке  легких  нефтепродуктов.  Для

учета деформации сдвига при прогибе значения

⊗

определенные по рекомендациям § 9, следует увеличить на
5—20 % в зависимости от степени неравномерности загрузки
судна.

Источники ошибок при определении водоизмещения.

Кроме  поправок  на  прогиб  и  перегиб  основным  источником
ошибок  в  определении  водоизмещения  являются  неточности
при  измерении  самих  осадок.  Разрабатывая  автоматическую
аппаратуру,  предназначенную  для  измерений  осадки,
полагают,  что  осадка  должна  определяться  с  точностью  до  5
см.  Такие  указания  имеются,  например,  в  проспектах  фирмы
«Кокумс» (Швеция),  специализирующейся  на  производстве
различных  контрольных  приборов  для  судов.  С  учетом
упомянутого  предположения  измеренная  осадка  может
оказаться в любой точке диапазона, ограниченного 2,5 см
справа и слева от действительной осадки. На

рис. 2.17

представлен

соответствующий

закон

распределения

вероятности ошибок при измерении осадки. Чтобы вычислить
водоизмещение судна обычно делают четыре измерения
осадки (в носу, в корме, на миделе по левому и правому бор-
там) и определяют ее приведенное значение—см. формулу

(2.

29)

Мало вероятно, что при измерении осадки ошибки во всех

четырех точках будут допущены максимальные и в одну
сторону, а вычисленная приведенная

Рис. 2.

17. Распределение

ошибок при измерении

осадки.

—вероятность ошибки;

— ошибка при определе-

нии осадки; d

—

действительная осадка.

Рис. 2.

18. Распределение

приведенной осадки.

— вероятность ошибок при

определении приведенной
осадки; Δd—ошибка при
определении

приведенной

осадки; d

—действительная

приведенная осадка.

осадка d

будет отличаться от истинной больше чем на ±2, 5 см

[30].

Распределение вероятности приведенного значения осадки

можно получить, используя теорему о композиции законов
распределения. На

рис. 2.18

представлен результат такого

расчета.  Центральная  заштрихованная  часть  под  кривой
распределения на этом рисунке соответствует области, в которой
приведенная  осадка  отличается  от  истинной  не  более  чем  на  ±1
см.  Эта  заштрихованная  часть  составляет 83 % общей  площади
под кривой распределения, или,  иными  словами,  в 83 % случаев
приведенные  значения  осадки,  вычисленные  по  измеренным  ее
значениям, не будут отличаться от действительной более чем на
1 см.

Для установления массы принятого груза обычно используют

разницу  в  значениях  водоизмещения  до  и  после  погрузки.  Этот
расчет включает восемь измерений осадок. Полагая на основании
сказанного  ранее,  что  погрешность  в  определении  приведенной
осадки  (водоизмещения  или  массы  груза)  отвечает  1  см  (числу
тонн на 1 см осадки), распределение вероятности погрешности в
оценке  принятой  массы  груза  можно  представить,  как  показано
на

рис. 2.19

_____________________

* Речь идет только о той части погрешности, которая связана с

определением осадки судна, а не всей возможной погрешности.

Полученное  распределение  близко  к
нормальному.  В  результате  можно
утверждать,  что  в 95 % случаях
погрешность  за  счет  осадки  в  оценке
массы  груза  окажется  в  пределах
среднего  значения  числа  тонн  на  1  см
осадки. Необходимо, однако, помнить,
что  приведенный  вывод  справедлив  в
случаях,  когда  осадка  измеряется  до
±5  см.  Если  ее  замерить  более  (или
менее) точно, то следует ожидать про-
порционального

уменьшения

(возрастания)

погрешности

определении водоизмещения и массы
груза.

Например,

если

осадка

измеряется  с  точностью  до  ±1  см,  то
ошибка  в  вычислении  водоизмещения
и  массы  груза  составит  порядка 20 %
от установленной выше величины, т. е.
от среднего значения числа тонн на 1 см осадки.

Оценивая ошибки при определении водоизмещения и массы

принятого груза, остановимся на некоторых дополнительных
обстоятельствах, которые надо иметь в виду.

Погрешности, связанные с измерением осадок, являются

случайными величинами, сумма которых для судов, работающих
на  регулярных  линиях,  имеет  тенденцию  к  уменьшению  за  счет
взаимной  компенсации  в  ряде  последовательных  рейсов.
Погрешности,  вносимые  оценкой  прогиба  или  перегиба,  могут
быть систематическими, накапливающимися, если при перевозке
данного груза применяется один и тот же грузовой план.

К источникам, вызывающим накопление погрешности при

оценке  массы  груза  по  водоизмещению,  можно  отнести  и
отличие  размеров  построенного  судна  от  указанных  в  его
теоретическом  чертеже.  Такие  расхождения,  являющиеся
следствием сварочных деформаций и недостаточного контроля за
точностью сборки, для судов новой постройки обычно невелики

Рис. 2.19. Вероятность ошибки

в массе груза.

Рm—вероятность  ошибки  в
массе  груза;  Дm—ошибка  при
определении массы груза;
mo—действительная   масса

груза.

и не приводят к относительной ошибке при определении
водоизмещения, превышающей 0,05 % [30].

Следует иметь в виду и другой эффект, вытекающий из

особенностей  процесса  сварки.  Размеры  судов  «растут»  с
увеличением  времени  эксплуатации.  Этот  эффект  объясняется  тем,
что  в  сварном  корпусе  судна  неизбежны  остаточные  напряжения.  В
отдельных  районах,  примыкающих  к  сварным  швам,  такие  на-
пряжения  растягивающие  и  близки  к  пределу  текучести  стали.  В
других  районах  они  сжимающие  и  составляют  примерно  четверть
предела текучести.

В период эксплуатации элементы конструкции подвергаются

действию  переменных  во  времени  нагрузок.  При  действии
растягивающих нагрузок в районах, примыкающих к сварным швам,
возникают  пластические  деформации,  следствием  которых  является
уменьшение остаточных напряжений, их релаксация (рассасывание).
Такой  процесс  рассасывания  остаточных  напряжений  от  сварки
называют  «встряхиванием» (shakedown). Пластические  деформации
приводят  к  незначительному  увеличению  размеров  корпуса  судна.
«Полное встряхивание» может увеличить водоизмещение до 0,1 %,
если судно попадет на  длительное  время  в  очень  тяжелые  погодные
условия.  Для  определения  реального  водоизмещения  судна  с
погрешностью  менее 0, 1 % необходимо  учитывать,  как  точно  оно
построено,  насколько  аккуратно  выполнялись  измерения  осадок  и
вводились  поправки  на  прогиб  и  перегиб,  в  каких  условиях  судно
эксплуатировалось.

Существуют и другие эксплуатационные факторы, влияющие на

точность  определения  водоизмещения  судна.  Это  возможные
пластические  деформации  корпуса.  Они  могут  возникать  в  корпусе
судна при посадке на мель, постановке в док, столкновениях и т. п. В
результате  корпус  оказывается  слегка  постоянно  изогнутым.  До  тех
пор,  пока  не  выяснен  точный  характер  деформации,  нельзя
выполнить  и  точный  расчет  водоизмещения.  Из  вышеизложенного
следует, что есть предел точности определения водоизмещения судна
в эксплуатации.

В большинстве случаев достаточную для практики (до 0,2%)

точность можно получить при расчетах по формуле

(2.29)

предусматривающей измерение осад-

ки  в  трех  точках  по  длине  судна  (в  носу,  корме  и  на  миделе  с  двух
бортов).  У  судов  с  существенно  неравномерным  распределением
грузов  по  длине,  у  которых  возможна  упругая  линия  с  несколькими
пиками,  погрешность  в  определении  водоизмещения  при  ис-
пользовании формулы

(2.29)

достигает 0,5%. Поэтому необходим

более точный расчет водоизмещения, основанный на дополнительном
измерении осадок в районе 1/4L и 3/4L.

Оптимальная посадка судна. Определенные трудности могут

возникнуть  у  капитана  при  выборе  оптимальной  посадки  судна,
особенно  в  случаях  плавания  с  неполной  загрузкой.  Имеющиеся
теоретические  и  опытные  данные  пока  не  позволяют  однозначно  ре-
шать  эту  задачу  и  дают  основание  только  для  некоторых  общих
рекомендаций.

Уменьшение средней осадки d

ср

всегда сопровождается

возрастанием площади парусности S

и увеличением площади

«ветрового миделя» S

. Одновременно сокращаются смоченная

поверхность S и площадь подводной части ДП S

ДП

. В результате уве-

личивается коэффициент ветробойности k

= S

—S

ДП

и, при прочих

равных условиях, возрастают скорость дрейфа, снос с курса,
удлиняется путь, затрудняется маневрирование.

Дифферент приводит к изменению формы обводов погруженной

части  корпуса:  увеличению  полноты  погрузившейся  и  заострению
вышедшей  из  воды  оконечности  судна.  Отсюда  соответствующее
изменение составляющих сопротивления движению. При дифференте
на  корму  увеличивается  составляющая  формы  и  уменьшается
волновая.  В  случае  дифферента  на  нос  возникают  противоположные
эффекты. В результате сложения этих противоборствующих факторов
для  транспортных  судов  с  обычными  формами  обводов  и  умеренной
полнотой оказываются характерными некоторое повышение скорости
при небольшом дифференте на  корму и снижение скорости  при диф-
ференте на нос. Эти тенденции проявляются тем заметнее, чем больше
относительная скорость (число Фруда) судна.

В общем случае влияние дифферента на скорость можно оценить

экспериментально, последовательно изменяя посадку судна на тихой
воде и измеряя

Рис. 2.20. Верхний предел допустимых значений коэффициента ветробойности (для

состояния с полным грузом).

Рис. 2.21. Влияние относительного дифферента на скорость для средних волновых условий за рейс (1)
и на тихой воде (2).

————— относигельно; тихоходные суда; —•— быстроходные суда.

отвечающую каждому случаю скорость при фиксированных оборотах

(мощности) главного двигателя.

Любой дифферент всегда осложняет управление судном и ухудшает его

маневренные качества. В то же время дифферент на корму дает некоторые

преимущества при плавании на волнении, так как улучшает всхожесть на

волну и уменьшает заливаемость. Однако такой дифферент одновременно

увеличивает вероятность повреждения днища, сопротивление при движении в

битых льдах, ограничивает видимость в носу. Последствия изменения посадки

судна можно оценить, используя следующие зависимости.

Коэффициент ветробойности для судна с полным грузом не должен

превышать значений, представленных на графике

рис. 2.20

. Особенно это

важно для судов, плавающих в условиях ограниченного маневрирования.

Скорость бокового смещения в зависимости от средней осадки [3] (в

узлах) можно приближенно определить по формуле

(

)

004

054

пр

−

где (

—коэффициент продольной полноты;

пр

—приведенная скорость

ветра, м/с;

пр

sin

υ =

(

—

кажущаяся скорость ветра, м/с; q—курсовой угол).

Для качественной оценки влияния относительного дифферента на

скорость допустимо руководствоваться графиком на

рис. 2.2 1

, из

которого следует, что влияние дифферента на скорость невелико, пока
d/L

не выходит за пределы 0,006—0,008 на корму и (—0,001)— (—0,002)

на нос. С ростом относительной скорости максимум кривой

(d/L) смещается в сторону больших относительных дифферентов

на корму.

Выбирая посадку судна, особенно для плавания в балласте на

волнении,  важно  также  правильно  учесть  влияние  осадок  носом  и
кормой. Малая осадка носом обычно сопровождается оголением днища
при килевой качке и ударами о встречную волну, а малое погружение
кормы  снижает  эффективность  работы  винта.  Возникающие  при
ударах  корпуса  о  волны  гидродинамические  силы  часто  вызывают
нарушение  местной  и  общей  прочности,  вибрацию  корпуса  (выпинг).
Большая  осадка  носом  обусловливает  зарывание  судна  в  волну,
повышает  заливаемость  и  увеличивает  волновые  нагрузки  в  носовой
части.

Глава 3.

ВОЛНОВЫЕ НАГРУЗКИ

§ 11. Морское волнение

Виды морского волнения. Процесс распространения в воде

колебательного  движения  называют  волновым  движением,  а
возникающие  при  этом  периодические  возмущения  воды — волнами.
Волны в морях и океанах могут быть вызваны различными причинами:
землетрясениями,  извержениями  вулканов,  приливами,  ветрами.
Главная  из  всех  этих  причин — ветер.  Он  представляет  ту  внешнюю
силу,  действие  которой  на  водную  поверхность  постоянно  вызывает
нарушение  ее  равновесия  и  ведет  к  появлению  волновых  колебаний.
Ветер,  возбуждающий  волны,  обычно  изменяется  по  силе,  скорости  и
направлению,  вследствие  чего  отдельные  волны  разнообразны  по
форме и элементам

( см. приложение 2)

Если ветер умеренной

силы,

преобладают

трехмерные волны в виде
холмов и впадин. При

сильном

ветре

основными

становятся

двумерные волны, для характеристики которых достаточно
назвать

длину

высоту,

трехмерные

волны,

(дополнительной  их  характеристикой  служит  еще  длина
гребня)  играют  роль  вторичных  образований.  После
прекращения  действия  ветра  дольше  других  продолжают
существовать  двумерные  волны.  На  этой  стадии  они  назы-
ваются волнами зыби или просто зыбью.

Изложенная схема волнообразования относится к

волнению,  развивающемуся  в  практически  неограниченных
водоемах  как  по  поверхности,  так  и  по  глубине.  На  малых
акваториях  или  больших,  но  мелководных,  волнение  имеет
свою специфику. Характер морского волнения зависит также
от  скорости,  разгона  и  продолжительности  действия  ветра.
Для полностью развитого волнения необходимо, чтобы ветер
действовал  на  водную  поверхность  достаточно  длительное
время и в одном направлении.

Нерегулярная поверхность взволнованного моря может

быть описана наложением двумерных регулярных волн
различных размеров и направлений.

Регулярные волны. Участки профиля двумерной

регулярной волны имеют следующие названия

( рис. 3.1)

гребень волны—верхняя часть волны, выступающая над

спокойным уровнем моря;

вершина волны—верхняя часть гребня;
впадина волны—нижняя часть волны, расположенная

ниже уровня спокойного моря;

подошва волны — наиболее углубленная часть впадины

волны;

линия гребня волны—горизонтальная линия, проходящая

вдоль вершины гребня;

склон волны—часть гребня волны от его вершины до

подошвы.

Основными

геометрическими

элементами

волны,

определяющими ее форму и размеры, являются высота и
длина. Основными кинематическими элемен-

Рис. 3.1. Двумерная регулярная

волна.

Таблица 3.

1. Некоторые характеристики регулярных волн

Длина волны λ,

Скорость волны с,

м/с.

Период волны

Максимально возможная

высота hm, м

10,

11,

11.

11,

12,

100

12,

14,

125

13,

17,

150

15,

21,

175

16,

10,

25.

200

17,

11,

28,

225

18,

12.

32,

250

19,

12,

35,

275

20,

13.

39,

300

21,

13,

42.

тами— период и скорость

(табл. 3.1)

. Высота волны

—

расстояние по вертикали от подошвы волны до вершины;
длина волны

—расстояние по горизонтали в направлении

бега волны между двумя последовательными гребнями;
период волны

—время прохождения волной пути, равного

ее длине; скорость волны

определяется расстоянием, на

которое перемещается за единицу времени профиль волны.

Современная наука о нагрузках, действующих на корпус

судна  на  взволнованном  море,  базируется  на  теории
регулярных  волн  относительно  малой  амплитуды  (малая
высота по сравнению с длиной волны). Согласно этой теории
предполагается,  что  профиль  волны  имеет  установившуюся
синусоидальную  форму,  а  все  частицы  волнующейся
жидкости  движутся  по  круговым  орбитам,  радиусы  которых
уменьшаются  с  глубиной.  Полный  оборот  каждая  частица
совершает за время т; оно и носит название периода волны.

Взаимосвязь основных характеристик регулярных волн

определяется зависимостями: частота волны

; (3. 1)

крутизна волны

; скорость волны (в м/с)

при глубине

, (3.2)

при глубине

≤

Для регулярных волн период волны связан с ее длиной

τ =

(3.3)

≈

а профиль волны может быть представлен в виде

cos

)

(

где h(t)—ордината волнового профиля; а—амплитуда волны; t—время.

Волновая

энергия,

приходящаяся

на

единицу

площади

взволнованной поверхности, пропорциональна квадрату высоты волны
h и может быть представлена в виде

E= (1/8) ρgh

, (3. 4)

где

ρ—массовая плотность воды.

Волновая энергия в равных долях делится на потенциальную и

кинетическую.  Кинетическая  энергия  в  значительной  степени
определяется  скоростью  движения  частиц  воды  в  волне.  Движение
частиц  происходит  по  окружности.  Максимальной  скоростью  об-
ладают  частицы  у  вершины  волны,  а  минимальной — у  подошвы.  В
случае,  когда  скорость  частицы  становится  больше  скорости  волны,
волна  разрушается.  Для  фиксированной  длины  волны  скорость
частицы  возрастает  с  ростом  ее  крутизны.  Крутизна  морских  волн
обычно  имеет  величину  порядка  1/30—1/50  для  открытого  моря.  В
прибрежных районах и закрытых морях она достигает 1/20, а в зонах
разрушающего  волнения  у  берега,  на  отмелях  и  над  рифами  может
составлять  от  1/10  до  1/7.  Крутизна  1/7—теоретически  предельно
возможная.

При равной высоте разрушающаяся волна более опасна, чем

устойчивая, так как она имеет большую скорость частиц и несет
поэтому большую кинетическую энергию.

Примеры. 1. Период волны τ =7 с. Определить длину волны λ,.

Решение. По формуле

(3.3)

= 1,56τ

= 1,

56 • 7

= 76,

4 м.

2. Период волны τ=8 с. Определить максимально возможную ее высоту hm.

Решение. По табл. 3.

1 при τ = 8 с находим h

=14,

3 м.

3. Период волны τ = 9 с. Определить скорость ее распространения на глубокой воде

и мелководье (глубина 5 м). Решение. На глубокой воде по

табл. 3.1

при τ = 9 с находим

с = 14 м/с. На мелкой воде по формуле

(3.2)

: с =

•

= 7 м/с.

Нерегулярные волны. Волны различной длины распространяются

с  разной  скоростью.  Длинные  волны  движутся  быстрее  коротких  и
перегоняют их. Поскольку волновая система включает большое число
регулярных  волн  различных  высоты,  длины,  направления  и  фазового
состояния,  то  их  взаимодействие  должно  составить  нерегулярную
поверхность. На этой поверхности неизбежно появление беспорядочно
расположенных  пиков  и  впадин,  которые  образуются  в  результате
случайного  суммирования  многих  регулярных  волн  и  могут
появляться и исчезать в разные моменты времени в различных районах
поверхности. Такое беспорядочное состояние поверхности моря может
быть описано только с помощью статистических методов.

Особенностью статистических методов является то, что

исследования, выполненные с их помощью, позволяют получить не
окончательный (точный), а только ожидаемый с определенной
достоверностью результат, скажем, с достоверностью 90 или 99 %.

Обычно реальное нерегулярное волнение характеризуется

условными  измерителями,  так  называемыми  «баллами».  Всего
различают 9 баллов  волнения.  В  качестве  численной  характеристики
«балла»  выступает  высота  волн,  которая  определяется  статисти-
ческими  методами  и  носит  название  характерной  высоты
нерегулярного волнения.

На практике характерную высоту волн находят по следующей

методике.  Представим  себе  вертикально  установленную  мачту  в
штормовом  море,  оборудованную  прибором,  способным  фиксировать
вокруг нее уровень воды  как функцию  времени. Запись, выполненная
таким прибором, принципиально аналогична показанной на

рис. 3.2

Каждая волна может иметь произвольное, случайное значение высоты
h и соответственно периода

. В записи, включающей N

8 1

последовательных

волн

(по

терминологии случайных процессов—в
одной реализации), в течение t, с можно
зафиксировать N значений h и

Рассмотрим сначала закономерности,

которым подчиняется высота волн.

Для этой цели сгруппируем все N

значений h данной реализации по
интервалам, указанным в столбце 2

табл. 3.2.

Таблица 3.

2. Повторяемость и обеспеченность высоты волн

Номера

групп i

Интер-

валы

высоты

волн h, м

Число
волн в

группе

Частота

появления

Повторяе-

мость, %

Суммарная

повторяе-

мость

(обеспечен

ность), %

Интервалы

h/h

0-3

116

11,

0-0,

3-6

279

27,

39,

2-0,

6-9

282

28,

67,

4-0,

9-12

188

18,

86,

6-0,

12-15

090

95,

8-1.

15-18

033

98,

0-1,

18-21

010

99,

2-1,

21-24

002

100,

4-1,

Сумма

N = 1000

000

100%

—

В частности, из общего числа (N = 1000) последовательно

зафиксированных значений имели высоту от 0 до 3 м n

= 116 волн,

высотой более 3 м и до 6 м включительно было n

= 279 волн и т. д.

Если число волн в каждой группе n

разделить на общее число волн

N, то можно получить так называемую частоту появления волн в
данном интервале высот f

(столбец 4

табл. 3.2

), а умножение f

на

100% дает повторяемость высоты волн данной группы (столбец 5
той же таблицы).

Повторяемость определяет число волн в процентах от общего их

числа N, принятого равным 100 % (в нашем примере N = 1000),
которое приходится на

Рис. 3. 2. Запись волновой

реализации.

Капитану о прочности корпуса судна (Максимаджи А.И.) - часть 5