Капитану о прочности корпуса судна (Максимаджи А.И.) - часть 8

 

  Главная      Учебники - Разные     Капитану о прочности корпуса судна: справочник (Максимаджи А.И.) - 1988 год

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  6  7  8  9   ..

 

 

Капитану о прочности корпуса судна (Максимаджи А.И.) - часть 8

 

 

Таблица 3.11. Коэффициент k

ψ

Значения k

ψ

 при коэффициенте общей полноты δ

B/d

α

0.

 

50

0.

 

60

0.

 

70

0.

 

80

0,

 

65

2,

 

02

2,

 

14

-

-

0,

 

70

2,

 

01

2,

 

13

2,

 

25

0,

 

75

2,

 

01

2,

 

12

2,

 

23

0,

 

80

2,

 

01

2,

 

12

2,

 

22

2,

 

32

0,

 

85

2,

 

01

2,

 

11

2,

 

20

2,

 

30

0,

 

90

2,

 

01

2,

 

10

2,

 

19

2,

 

28

2,

 

0

0,

 

95

2,

 

00

2,

 

10

2,

 

18

2,

 

26

0,

 

65

2,

 

19

2,

 

30

-

-

0,

 

70

2,

 

20

2,

 

31

2,

 

41

0,

 

75

2,

 

21

2,

 

32

2,

 

41

0,

 

80

2,

 

22

2,

 

32

2,

 

42

2,

 

51

0,

 

85

2,

 

24

2,

 

33

2,

 

42

2,

 

50

0,

 

90

2,

 

26

2,

 

34

2,

 

43

2,

 

50

3,

 

0

0,

 

95

2,

 

29

2,

 

36

2,

 

44

2,

 

50

0,

 

65

2,

 

34

2,

 

45

-

-

0,

 

70

2,

 

36

2,

 

47

2,

 

57

0,

 

75

2,

 

39

2,

 

49

2,

 

58

0,

 

80

2,

 

42

2,

 

51

2,

 

60

2,

 

68

0,

 

85

2,

 

46

2,

 

54

2,

 

62

2,

 

70

0,

 

90

2,

 

49

2,

 

57

2,

 

64

2,

 

71

4,

 

0

0,

 

95

2,

 

53

2,

 

60

2,

 

67

2,

 

73

где  (ω—частота  волны;  υ—скорость  судна,  уз;  q—  курсовой
угол к волне.

Изложенное выше  в  полной  мере  применимо  на  практике

лишь  в  случае  движения  судна  на  регулярных  волнах.  При
движении  на  нерегулярном  волнении  реакции  судна  будут

реализовываться  с  некоторым  средним  периодом

p

___

τ

,

значение  которого  расположено  в  промежутке  между
значениями 

периода 

собственных 

колебаний 

в

рассматриваемой реакции τ

c

 и средним значением кажущегося

периода максимума волнового спектра

mk

___

τ

. Приближенно

)

(

5

.

0

___

___

mk

c

p

τ

τ

τ

+

=

.                             (3. 25)

Применительно  к  частоте,  сохраняя  принятую  выше

индексацию, получим

)

/(

2

___

___

___

c

mk

c

mk

p

ω

ω

ω

ω

ω

+

=

,            (3. 26)

115

Таблица 3.

 

12. Коэффициент k

θ

Значения 

k

θ

 при отношении высоты борта к ширине судна D/B

δ⁄α

2

0.3

0.4

0.5

0,6

0,7

0.8

0.

 

9

0,62

0,64

0,66

0,69

0,73

0,76

1.0

0,65

0,67

0,69

0,72

0,76

0,79

1.1

0,68

0.70

0,72

0,75

0,78

0,82

1,2

0,71

0,73

0,75

0,78

0,81

0,84

1.3

0,74

0,76

0,78

0,80

0,83

0,86

1,4

0,76

0,78

0,80

0,82

0,85

0,88

1.5

0,78

0,80

0,82

0,84

0,87

0,90

1,6

0,81

0,82

0,84

0,87

0,89

0,92

1,7

0,83

0.85

0,87

0,89

0,92

0,94

1,8

0,85

0,87

0,89

0,92

0,94

0,96

1.9

0,88

0,90

0,92

0,94

0,96

0,98

2,0

0,90

0,92

0,94

0,96

0,98

1,00

где 

p

ϖ

—средняя  частота  колебаний  судна  в  рассмат-

риваемой реакции на нерегулярном волнении; 

тк

ϖ

— средняя

кажущаяся частота максимума волнового спектра 

[см.

приложение 2

 и формулу 

(3.12)

];

с

ϖ

—  собственная  частота

колебаний судна в рассматриваемой реакции.

С  некоторыми  оговорками  на  нерегулярном  волнении

частоту 

р

ϖ

можно  рассматривать  как  условный  эквивалент

частоты  возмущающей  силы.  К  этому  вопросу  мы  еще
вернемся при анализе консультативных диаграмм.

Знание  АЧХ  позволяет  судоводителю  в  определенных

пределах  влиять  на  поведение  судна  в  штормовых  условиях,
изменяя  соотношение  частоты  возмущающих  сил  с  частотой
собственных  колебаний  судна.  С  этой  целью  изменяют
скорость,  курс  или  загрузку  судна.  Так,  на  встречных  волнах
увеличение  скорости  приводит  к  возрастанию  кажущейся
частоты волны, а снижение—к ее  уменьшению. На  попутных
волнах  наблюдаются  обратные  закономерности.  При
постоянной скорости изменение направления движения судна
по  отношению  к  волнам  (от  встречного  до  траверзного  и
попутного)  обусловливает  снижение  кажущейся  частоты
волны.

Изменение  частоты  возмущающей  силы  приводит  и  к

изменению амплитуд соответствующих реакций

116

судна.  Так,  на  основании

рис. 3.27

 можно считать,

что  в  области  отношений
ω/ω

c

>  1  и  на  встречных

волнах 

с 

увеличением

скорости 

уменьшится

амплитуда 

реакций;

падение 

же 

скорости

вызовет 

повышение

реакций.  При  постоянной
скорости  уменьшение  кур-
сового  угла  от  траверзного
до 

встречного 

будет.

приводить  к  уменьшению
амплитуд 

реакций, 

а

увеличение 

его 

до

попутного 

обусловит

возрастание 

амплитуд

реакций  (до ω/ω

c

 =1).

Если  ω/ω

c

<1  и  судно

движется  навстречу  осно-
вным волнам, уменьшение
скорости 

позволит

уменьшить 

амплитуды

реакций,  а  возрастание  скорости  приведет  к  росту  амплитуд.
При  постоянной  скорости  и  изменении  курсового  угла  от
траверзного

в  сторону  волн  качка  возрастет;  поворот  от

волн будет способствовать уменьшению качки.

Изменяя  балластировку  судна,  можно  изменять  его

загрузку  и,  как  следствие,  форму  ватерлинии  и  радиус
инерции  масс.  Это  приведет  к  изменению  собственной
частоты колебаний судна и положения АЧХ по оси частот.

В  общем  случае  форма  и  положение  по  оси  частот  АЧХ

рассматриваемой реакции корпуса данного конкретного судна
должны зависеть от водоизмещенияΔ, распределения грузов и
балласта Р, скорости υкурсового угла к волне q:

)

,

,

,

,

(

q

P

f

A

υ

ω ∆

=

 

.                       (8.27)

На  практике  для  оценки  реакций  судна  удобно

пользоваться  АЧХ,  построенными  в  функции  относительно
безразмерного периода

117

Рис. 3.28. Килевая качка в функции

среднего периода спектра.

А—область малых 

___

T

Б—область средних 

___

T

;

B—область больших 

___

T

1—против волны;

2—за волной; 3—лагом к волне; ———— v=0;

— • — v=16 уз.

L

g

T

/

___

___

τ

=

  (

___

τ

—  средний  период  спектра  волнения)  при

реакции,  отнесенной  к  одному  метру  волны  трехпроцентной
обеспеченности А = А/h

3%

 

(рис. 3.28)

Такое представление, как будет

показано  ниже,  позволяет  построить  систему  консультативных
диаграмм для выбора стратегии управления судном в шторм.

§ 13. Поведение судна в штормовом море

Факторы,  влияющие  на  поведение  судна.  Поведение  судна  в

штормовом  море  зависит  как  от  окружающих  условий,  так  и  от
индивидуальных особенностей самого судна.

Окружающие  условия  в  основном  характеризуются  высотой

волны, средним периодом волнения, распределением энергии волн по
направлениям, скоростью и направлением ветра и течений, рельефом

дна.

В  качестве  важных  особенностей  судна,  влияющих  на  его

поведение  в  данных  окружающих  условиях,  можно  рассматривать
следующие.  Размеры  судна  определяют  его  чувствительность  к
волнам различной длины. Большое судно может слабо реагировать на
короткие  волны,  в  то  время  как  у  малых  судов  эти  волны  будут
вызывать  заметные  реакции.  Возможно  и  обратное  явление—зыбь,
состоящая из длинных  волн,  вызывает  заметные  реакции  у  большого
судна,  в  то  время  как  малые  суда  будут  реагировать  на  такие  волны
значительно слабее 

( рис. 3.29)

. Форма

Рис 3.29. 

Влияние размеров судна на чувствительность к волнам разной

длины:

 а—короткие волны, вызывающие значительные реакции у малых судов и малые у

больших; б—длинные волны, вызывающие значительные реакции у больших судов и

малые у малых.

118

корпуса,  если  рассматривать  коэффициенты  полноты,  соотношения
главных  размерений  и  т.  п.,  относительно  слабо  влияет  на  общее
поведение  судна  на  взволнованном  море.  Особо  следует  учитывать
параметры,  характеризующие  форму  носовой  оконечности  (развалы
бортов,  плоские  участки  днища,  наличие  бульба  и  т.  п.),  от  которых
зависят  ударные  волновые  нагрузки.  Степень  вероятности
возникновения  последних,  в  свою  очередь,  является  функцией
скорости и осадки носом.

Условия загрузки, характеризуемые положением  ЦТ,  продольным

радиусом инерции масс, статическим моментом масс, посадкой судна
и  т.  п.,  могут  оказать  значительное  влияние  на  качку  (особенно  бор-
товую),  на  вертикальные  изгибающие  моменты  на  волнении,
вероятность возникновения слеминга и заливаемости 

( табл. 3.13)

.

Таблица 3.13. 

Среднее влияние загрузки на максимальные

изгибающие моменты в вертикальной плоскости танкера

Относительный статический

момент инерции масс

10M

т.в. 

/ ΔL

Относительный

продольный радиус

инерции масс i/L

Относительный макси-

мальный изгибающий

момент в вертикальной

плоскости на миделе

0.

 

2

0.

 

30

1

0,

 

1

0,

 

28

1,

 

06

0,

 

0

0,

 

26

1,

 

13

-0,

 

1

0,

 

23

1,

 

20

—0,

 

15

0,

 

22

1,

 

23

Скорость  судна  влияет  на  частоту  встречи  судна  с  волнами  и,

следовательно,  на  период  возмущающих  сил,  который  определяет
большинство реакций корпуса, в том числе и динамические нагрузки,
связанные  с  качкой  и  ударами  волн.  Для  разных  реакций  корпуса  х
значения отношения х

vo 

v max

 будут (в среднем) следующие:

Килевая качка
Вертикальная качка
Относительные перемещения носа
Ускорения на носовом перпендикуляре
Вертикальный изгибающий момент на миделе

0,

 

75

0,

 

85

0,

 

68

0,

 

42

0,

 

92

Курсовой  угол  к  основному  направлению  распространения  волн

определяет частоту встречи судна

119

с  волнами  и  особенности  возмущающих  сил.  Соответственно
меняются  реакции  корпуса.  Они  могут  возрастать  и  уменьшаться

( табл. 3.14)

.

Таблица 3.14. Среднее влияние курсового угла на некоторые реакции

корпуса (v = const) танкера

Относительное значение реакции при

курсовом угле, °

Реакция

0

против

волны

45

90

135

180 за

волной

Изгибающий момент в

вертикальной плоскости

1

0,

 

89

0,

 

78

0,

 

94

1,

 

06

Относительные перемещения

носа

1

0,

 

89

0,

 

74

0,

 

69

0,

 

72

Бортовая качка

1

1,

 

75

2,

 

50

2,

 

70

2,

 

50

Ускорения на носовом

перпендикуляре

1

1,

 

02

0,

 

97

0,

 

63

0,

 

44

Таким  образом,  в  конкретных  морских  условиях  капитан  может

влиять  на  поведение  судна  и  нагрузки  главным  образом  изменением
скорости  и  курса  и  в  некоторых  случаях—изменением  загрузки
(балластировкой).

Основания  для  выбора  стратегии  маневрирования  в

штормовом  море.  Опыт  мореплавания  позволяет  оценить
относительную  опасность  различных  реакций  корпуса  на  волновые
воздействия в зависимости от типа и назначения судна. Такую оценку
можно выполнить на основании следующих общих положений.

В  качестве  наиболее  важных,  основных  реакций  корпуса  на

волновые  воздействия,  определяющих  безопасность  судна  и  груза,
как  правило,  следует  рассматривать  бортовую  качку,  вертикальные
ускорения  носа,  относительные  перемещения  носа,  изгибающие
моменты 

в 

вертикальной 

плоскости 

на 

миделе. 

Другие

характеристики  поведения  корпуса  (вертикальная  качка,  килевая
качка,  срезывающие  силы,  заливаемость,  слеминг  и  т.  п.)  могут  в
основном оцениваться через тенденции изменения основных реакций.
В случаях, когда ввиду особенностей судов требуется учесть реакции,
не являющиеся основными или функ-

120

циями основных, должны быть сделаны специальные указания.

Основанием  для  отмеченного  выше  подхода  служат  следующие

доводы.  Бортовая  качка — важнейшая  характеристика  степени
безопасности 

судна 

против 

опрокидывания — определяет

интенсивность поперечных инерционных сил, способных вызвать  на-
рушение  прочности  переборок,  креплений  груза,  его  смещение.
Вертикальные  ускорения  носа  можно  рассматривать  как  решающий
фактор, позволяющий судить о силах инерции при продольной качке,
действующих на корпус, грузы и детали их крепления. Относительные
перемещения  носа  являются  удобным  измерителем  для  оценки
вероятности  возникновения  заливаемости  и  слеминга.  Изгибающий
момент в вертикальной  плоскости на  миделе  в  значительной  степени
определяет  общий  уровень  нагрузок,  действующих  на  корпус,  как
плавающее тело.

Перечисленные  основные  реакции  позволяют  судить  и  о  других

важных  показателях  поведения  судна  в  штормовом  море.  Так,  с
уменьшением  вертикального  изгибающего  момента  перерезывающие
силы  будут  также  уменьшаться.  Амплитуды  килевой  качки  и
вертикальной  качки  являются  функциями  роста  или  уменьшения
ускорений в носовой оконечности. Заливаемость и слеминг — прямое
следствие высоких амплитуд относительных перемещений носа.

Учет  специальных  факторов  обусловлен  типами  судов.  Для

пассажирских  судов,  например,  важно  обеспечение  пассажирам
комфорта,  что  делает  периоды  качки  основными  при  выборе  режима
плавания. На судах, перевозящих сжиженные газы, нужно уменьшать
всплески  жидкого  груза  в  цистернах,  т.  е.  необходимо  избегать
резонансных  явлений.  Значения  крутящих  моментов  и  изгибающих
моментов  в  горизонтальной  плоскости  представляют  существенный
интерес  при  оценке  напряженности  корпусов  судов  с  большими
раскрытиями  палуб,  имеющих  относительно  малое  сопротивление
скручивающим  усилиям.  Для  таких  судов  при  выборе  стратегии
маневрирования следует дополнительно  учитывать реакции  кручения
и горизонтального изгиба.

Опираясь    на    сформулированные    положения,  можно  составить

сводную таблицу характеристик

121

Таблица 3.15. Характеристики мореходности основных типов судов

Типы
судов

Реакции
(характери-
стики море-
ходности)

Особенности судна, груза,
повреждений конструкций корпуса

Относи-
тельная
опасность
для судна
и груза

Наливные Бортовая качка

Малая

Большое число поперечных и

продольных переборок. Хорошая
остойчивость. Груз не чувствителен
к качке. Повреждения конструкций
от сил инерции возникают только в
сильно изношенных корпусах

Ускорения в

носу

»

Повреждения внутренних

конструкций вследствие ударов
жидкого груза — редкое явление

Большая

Заливаемость. Малый надводный

борт с полным грузом.

Относительные

перемещения

носа

Значительная часть повреждений

в надстройках, включая бак, —
следствие заливаемости в бурную
погоду

»

Средняя

Слеминг. Обычно имеется

возможность обеспечить не-
обходимую посадку судна, в том
числе осадку носом,
соответствующей балластировкой

»

Для судов с чисто балластными

танками возможны малые осадки
носом, увеличивающие риск
возникновения слеминга

»

Изгибающий

момент в

вертикальной

плоскости

Надежность корпуса обес-

печивается при нормальных
величинах и числах перемен
изгибающих моментов с высокой
степенью вероятности. Снижение
волновых составляющих изгиба
уменьшает вероятность
возникновения и развития
усталостных трещин, возможность
катастрофических разрушений
корпуса

122

Продолжение табл. 3.15

Типы

судов

Реакции

(характери-

стики море-

ходности)

Особенности судна, груза,

повреждений конструкций корпуса

Относи-

тельная

опасность

для судна и

груза

Малая

Наливные

Крутящий

момент

Замкнутая конструкция по-
перечного сечения корпуса.
Большое число поперечных
переборок. Относительно малые
составляющие крутящих моментов
от горизонтальной части
гидродинамических усилий.
Высокое сопротивление кручению

Малая

Бортовая качка

Суда для

перевозки

навалоч-

ных грузов

Остойчивость обычно хорошо
обеспечена при соблюдении правил
перевозки сыпучих грузов,
исключающих смещение в тяжелых
волновых условиях

Средняя

Ускорения в

носу

Сложная конфигурация трюмов и
конструкций переборок создает
повышенную концентрацию
напряжений и чувствительность к
возникновению и развитию трещин.
Хотя и редко, внутренние
конструкции повреждаются
вследствие подвижки груза

»

Относитель-

ные пере-

мещения носа

»

Заливаемость. Малый надводный

борт с полным гру-  зом.
Вследствие заливаемости иногда
повреждаются стенки надстроек,
палубы, люковые закрытия

Слеминг. 

Возможны 

малые

осадки  в  балласте.  Наблюдаются
повреждения днища при слеминге

»

См. особенности для наливных
судов

Изгибающий

момент в

вертикальной

плоскости

123

Продолжение табл. 3.

 

15

Типы
судов

Реакции

(характери-

стики море-

ходности)

Особенности судна, груза,

повреждений конструкций корпуса

Относи-

тельная

опасность

для судна

и груза

Средняя

Крутящий
момент

Суда для

перевозки

навалочны

х грузов

Конструкция корпуса и большое
число поперечных переборок в
большинстве случаев обеспечивают
хорошее сопротивление кручению.
Большие люковые вырезы
повышают концентрацию на-
пряжений

Средняя

Универ-
сальные

Бортовая
качка

Имеются случаи смещения груза,
приводящего к потери остойчивости
в штормовых условиях

То же

»

Ускорения в
носу

Большая

Относитель-
ные переме-
щения носа

Заливаемость. Значительная часть
повреждений в штормовую погоду
(надстроек, крышек палубных лю-
ков) возникает по причине
заливаемости

»

Слеминг. Малые осадки в балласте.
Частые повреждения днища в
носовой части

Средняя

Размеры и форма люковых вырезов
вызывают значительную
концентрацию напряжений

Изгибающие
моменты в
вертикальной
плоскости

Малая

Крутящий
момент

Конструкция корпуса обеспечивает
достаточную жесткость на кручение

Большая

Бортовая
качка

С оризон-

тальной

грузо-

обработ-

кой

Малое число поперечных
переборок. Силы инерции при качке
воспринимаются в основном
поперечным набором. Большие
усилия в креплениях груза,
наблюдается подвижка груза

»

Ускорения в
носу

Большие усилия в креплениях груза.
Имеются случаи подвижки груза

124

Продолжение табл. 3. 15

Типы
судов

Реакции

(характерист

ики море-

ходности)

Особенности судна, груза,

повреждений конструкций корпуса

Относи-

тельная

опасность

для судна и

груза

Средняя

Относитель-

ные пере-

мещения

носа

С гори-

зонталь-
ной гру-

зообра-

боткой

Заливаемость. 

Высокий

надводный борт и большие развалы
в носу уменьшают попадание воды
на  палубу,  но  все  же  наблюдаются
случаи  заливания  палубного  груза
контейнеров волнами

Большая

Бортовой 

слеминг. 

Высокая

скорость  и  большие  развалы
носовых  обводов  приводят  к
появлению 

высокого 

ударного

волнового  давления  на  носовые
конструкции

»

Изгибающий

момент в

вертикальной

плоскости

Могут  возникать  значительные

дополнительные 

изгибающие

моменты в вертикальной плоскости
при входе в воду  участков корпуса
судна с большими развалами

Малая

Крутящий

момент

Конструкция  корпуса  замкнутая,

мало чувствительная к кручению

Средняя

Контей-

нерные

Бортовая

качка

Интенсивная  качка  вызывает

повышенные  усилия  в  креплениях
контейнеров на палубе

»

Ускорения в

носу

Интенсивная  качка  вызывает

значительные  силы  инерции  и
дополнительные 

усилия 

в

креплениях контейнеров

»

Относитель-

ные переме-

щения носа

См.  особенности  для  судов  с

горизонтальной грузообра-боткой

Большая

Изгибающий

момент в

вертикальной

плоскости

Возможно 

возникновение

больших  усилий  при  входе  в  воду
участков 

корпуса 

судна 

с

развитыми 

развалами.

Зафиксировано значительное число
повреждений

125

                                                                                               Продолжение табл. 3.

 

15

Типы
судов

Реакции

(характеристики

мореходности)

Особенности судна, груза,

повреждений конструкций корпуса

Относительная

опасность для

судна и груза

Контей-

нерные

Крутящий

момент

Большая

Конструкция 

с 

большими

вырезами  в  палубе  существенно
уменьшает  сопротивление  кручению.
Значительны 

составляющие

крутящего 

момента 

от

горизонтальных 

компонентов

гидродинамических сил

мореходности  по  основным  типам  судов  и  установить  наиболее
ответственные за их безопасность реакции корпуса 

( табл. 3.15).

Проведенное обсуждение, его результаты, сведенные в 

табл. 3.16

,

могут  служить  полезной  основой  для  выбора  стратегии
маневрирования различных судов в штормовом море.

Таблица 3.16. Относительное значение некоторых реакций для различных

типов судов

Тип судна

Реакция

Наливные

Для пе-

ревозки

навалоч-

ных

грузов

Универса

льные

С гори-

зонтальным

способом

грузо-

обработки

Контейне

рные

Бортовая качка

1

1

2

3

2

Продольная качка и

ускорения в носу

1

2

2

3

2

Заливаемость

3

2

3

2

2

Слеминг:
       днищевой

2

2

3

1

1

       бортовой

2

2

2

3

3

Изгибающий

момент в вертикальной
плоскости

2

2

2

2

2

Крутящий момент

1

2

2

1

3

О б о з н а ч е н и я : 1—малое значение; 2—среднее значение; 3—большое
значение.

126

§ 14. Выбор скорости и курсового угла в штормовых

условиях

Исходные  положения.  Характер  влияния  скорости  и  курсового

угла  на  реакции  корпуса  существенно  зависит  как  от  особенностей
судна,  так  и  от  интенсивности  волнения  и  формы  его  волнового
спектра.  Попытки  прямого  учета  этих  характеристик  при  разработке
различного  рода  пособий  для  управления  судном  в  шторм  приводят
обычно  к  практически  мало  удобным  формам  из-за  громоздкости  и
сложности.  Кроме  того,  точность  рекомендаций  пособия,  по-
строенного  с  использованием  такого  принципа,  в  конечном  итоге
оказывается  только  кажущейся  из-за  погрешностей,  возникающих
при  выборе  судоводителем  исходных  данных  по  параметрам
волнового режима с движущегося судна.

Гораздо более реалистичным представляется подход, основанный

на некоторых допущениях [26], позволяющих существенно упростить
построение  и  использование  такого  рода  пособий  при  обеспечении
точности  выходных  рекомендаций,  примерно  отвечающих  точности
исходной  информации.  В  качестве  допущений  могут  быть  приняты
следующие.

Предполагают,  что  состояние  моря  соответствует  полностью

развитому  волнению,  т.  е.  волнению,  возникающему  при  ветре,
действующем на большой дистанции и достаточно длительное время.
В  этом  случае  волновой  спектр  будет  содержать  компоненты  волн
всех  частот  и  может  быть  отображен  стандартными  зависимостями,
например спектром по формуле 

(3.2 1)

. Такой спектр полностью

определяется  двумя  величинами:  характерной  высотой  волны  и
средним периодом.

Предполагается,  кроме  того,  что  существует  стандартное

распределение  волн  по  направлениям,  отображаемое,  например,
формулой 

(3.22)

.

Абсолютные  реакции  корпуса  рассматриваются  как  линейные

функции  характерной  высоты  волны  и  представляются  отнесенными
к одному метру, например h

з%

. В этом случае волновой режим может

быть  оценен  одним  параметром—средним  периодом  волнового
спектра, а для определения реакции в конкретных условиях волнения
достаточно умножить

127

величину,  установленную  при  h

з%

=  1  м,  на  значение  h

з%

  (в  метрах),

определенное наблюдением с борта судна.

Допускается,  что  все  средние  периоды  волнения  могут  быть

разбиты  на  несколько  характерных  групп,  внутри  которых
закономерности  изменения  реакций  практически  постоянны.  В
качестве  параметра, определяющего выбор  соответствующей  группы
средних периодов, принимают период килевой качки, который  легко
и достаточно точно устанавливается на борту
судна.

Рассматриваются  только  наиболее  важные  реакции  корпуса:

бортовая  качка;  вертикальные  ускорения  носа;  относительные
перемещения носа; продольный изгибающий  момент  в  вертикальной
плоскости.

Относительно 

сформулированных 

допущений 

необходимо

сделать  следующие  комментарии.  Принятая  идеализированная
картина  морского  волнения  не  отражает  всех  его  разновидностей.
Поэтому  и  построенное  на  ее  базе  пособие  определяет  лишь  общие
тенденции  изменения  реакций  корпуса  на  волновые  воздействия  и
позволяет 

только 

приближенно 

решать 

задачу 

стратегии

маневрирования.  Конечно,  полученные  рекомендации  не  должны
рассматриваться 

как 

абсолютно 

точные 

количественные

закономерности,  справедливые  для  любых  волновых  условий.  Чем
ближе  реальная  волновая  обстановка  приближается  к  принятой
идеализированной схеме «полностью развитого волнения», чем менее
в  составе  волн,  например,  присутствуют  регулярная  зыбь  или
смешанные  ветровые  волны  разных  направлений,  тем  большей
точности будут отвечать рекомендации пособия.

Использование  линейных  зависимостей  между  реакциями  и

характерной  высотой  волны  в  главном  согласуется  с  имеющимся
опытом  и  натурными  экспериментами  и  может  считаться
оправданным.

Рассмотрение  АЧХ  различных  реакций  корпуса  позволяет

ограничиться  выделением  только  трех  характерных  групп  по
значениям  относительных  безразмерных  средних  периодов  спектра
волнения

___

T

, 

внутри  которых  реакции  корпуса  изменяются

сравнительно мало 

(см. рис. 3.28)

: короткие, средние и длинные

периоды 

___

T

.

128

В  качестве  коротких  можно  принять  средние  периоды,

отвечающие  кажущейся  средней  длине  волны  спектра 

___

λ

,  которая

составляет  менее  четверти  длины  судна.  В  качестве  средних  —
периоды,  отвечающие 

___

λ

в  диапазоне  между  четвертью  и  половиной

длины судна и, наконец, в качестве длинных — периоды, отвечающие

___

λ

больше половины длины судна 

(табл. 3.17)

Средний период

килевой качки 

___

ψ

τ

 , необходимый для оценки волнового режима, легко

определяется  на  борту  судна  по  хронометражу  десяти  полных
колебаний корпуса

1

.

Таблица 3.17. Группы средних периодов волнового спектра

Периоды волн

Кажущаяся относительная

средняя длина волны спектра

в долях длины судна 

___

λ

/L

Кажущийся относительный

средний период спектра

___

___

L

g

T

k

τ

=

Короткие

___

λ

/L < 0,

 

25

___

T

<1,

 

5

Средние

0,

 

25 < 

___

λ

/

L < 0,

 

50

1,

 

5 < 

___

T

<2,

 

0

Длинные

___

λ

/

L > 0,

 

50

___

T

>2,

 

0

Наконец,  ограничение  пособия  четырьмя  реакциями  не

принципиально.  Другие  реакции  корпуса:  вертикальная  и  килевая
качка,  поперечные  ускорения,  перерезывающие  силы,  кручение,
изгиб  в  горизонтальной  плоскости  и  т.  п.—также  могут  быть
рассмотрены.  Однако  для  большинства  судов  в  этом  нет  необ-
ходимости, поскольку о всех реакциях в значительной степени можно
судить  с  помощью  указанных  четырех  основных  реакций.  В
специальных случаях, когда важны вопросы кручения (например, для
судов  с  широким  раскрытием  палуб),  может  быть  построен  до-
полнительный график и т. п.

Консультативные диаграммы. Принятые допущения позволяют

построить серию диаграмм изменения реакций корпуса в зависимости
от  скорости  и  курсового  угла  при  различных  волновых  режимах.
Такие диаграммы будем называть консультативными, имея
______________

1

 Находят время t, за которое нос судна 11 раз проходит, например, через положение максимального

всплытия. Средний период килевой качки будет 

t

1

.

0

___

=

ψ

τ

.

129

в виду их вспомогательный, консультативный характер.

Для построения консультативных диаграмм данного судна

необходимо располагать АЧХ важных его реакций
A (ω, Δ, P, υ, q ) 

(см. § 12)

Такие АЧХ обычно строятся с

помощью  расчета  качки  по  специальным  программам  на
ЭВМ.  Знание  соответствующих  АЧХ  и  выражения  для
волнового спектра S (ω, φ) 

(см. § 11)

 дает возможность

получить стандарты (standard deviation) реакции по формуле

ϕ

π

ω

ω

ϕ

ω

σ

d

d

S

A

A

=

2

0

2

0

2

)

,

(

max

.                   (3.

 

28)

Линейная  связь  между  h

з%

  и  A  позволяет  также

рассматривать волновой спектр как функцию только среднего
периода  волн  и  определять  соответствующие  стандарты
реакций  для  трех  характерных  групп  средних  периодов.
Внутри  каждой  группы  средних  периодов  волнения  и
фиксированного состояния загрузки судна стандарты реакций
могут  считаться  зависящими  только  от  курсового  угла  q  и
скорости v, что отражается соответствующими особенностями
АЧХ.

Для  выбора  группы  диаграмм  в  конкретных  волновых

условиях  по  значению  периода  килевой  качки,  определенной
на  борту  судна,  движущегося  на  нерегулярном  волнении,
удобно  пользоваться  вспомогательными  графиками.  При  их
построении 

должны 

быть 

учтены 

закономерности,

вытекающие из формул 

(3.24)

 и 

(3.26)

В результате

консультативные диаграммы для выбора скорости и курсового
угла оказываются состоящими из двух частей. Они включают:

вспомогательные  графики  (I—III)  для  выбора  группы

диаграмм, отвечающих данным волновым условиям 

( рис.

3.30)

 и курсовым углам соответственно 0—60°; 60—120°; 120-

180°;

три  группы  диаграмм  изменения  основных  реакций  судна

в  функции  от  скорости  и  курсового  угла  в  зависимости  от
среднего периода волн 

(рис. 3.3 1— 3.42)

Эти группы

предназначены соответственно для коротких 

( рис. 3.3 1

3.34)

средних 

( рис. 3.35—3.38)

 и длинных волн 

( рис. 3.39—

3.42)

.

Вспомогательные  графики  имеют  строго  индивидуальный

характер, строятся для каждого судна и

130

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  6  7  8  9   ..