ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ ЗНАКА НАЧАЛЬНОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА, ПРИ ЗАТОПЛЕНИИ ОТСЕКОВ

АННОТАЦИЯ

При аварийном затоплении судовых отсеков, учитывая недостаток информации о количестве влившейся воды, возникает необходимость оперативного определения знака начальной остойчивости. При стабилизации аварийной ситуации на судне, для выработки путей спрямления судна при ограниченности времени и возможностей для точного расчета, возникает задача по определению истинных значений метацентрической высоты. 

Ключевые слова: Судно, остойчивость, авария, отсек, категории, свободные поверхности.

Введение. Как известно, на практике обычно рассматривают три категории затопления судовых отсеков. Первая категория – затопление отсека полностью (отсеки второго дна), вторая категория – частичное затопление, без связи с забортной водой (практически все отсеки и помещения выше ватерлинии, в которых находится вода в результате тушения пожаров) и третья категория – отсек сообщается с забортной водой и затоплен частично (отсеки расположенные выше второго дна).

При затоплении отсеков по третьей категории, опасность уменьшения остойчивости отсутствует, наоборот остойчивость увеличивается, так как отсеки располагаются ниже нейтральной плоскости и не имеют свободной поверхности [1-3].

Цель исследования. Проанализировать точность расчетов изменения значений поперечной метацентрической высоты методом оперативной оценки знака начальной остойчивости.

Материалы и методы исследования. При аварийных ситуациях связанных с затоплением судовых отсеков, возникает необходимость в оперативном определении знака поправки к метацентрической высоте, для определения влияние данного затопления на расчетное значение до аварии.  Находящиеся на судне «Информация об аварийной посадки и остойчивости судна» хранится в «Аварийной папке» на мостике и содержит достаточно разнообразный и обширный материал в том числе геометрических характеристик и мореходных качеств аварийного судна, который можно использовать когда аварийная ситуация стабилизировалась. Возможны случаи, когда данная «Информация» может быть не доступна всем судовым офицерам.

В «Информации» отсутствует данные по изменению остойчивости судна при частичном затоплению отсеков и высокорасположенных помещений, что очень важно при начальном этапе борьбы с водой, также при тушении пожаров большими массами воды.

На начальном этапе борьбы с водой и при развитии аварии, как правило, отсутствует необходимость получать объемный информационный материал содержащийся в «Информации». В ходе борьбы с водой для принятия оперативных решений, иногда достаточно знать только изменение метацентрической высоты в результате аварийного затопления отсеков. Также, эта информация необходима в случае проработки контзатопления отсеков с целью корректуры посадки судна. Предложенная автором, методика оперативной оценки знака начальной остойчивости [1] позволяет, разместив в общедоступных местах  схему с указанием судовых отсеков, выполнять оперативную оценку изменения остойчивости при аварийном затоплении отсеков судна.

В основу оперативной оценки остойчивости судна, были положены предварительные расчеты изменения остойчивости при затоплении отсеков по первой и третьей категории. Расчет  оценки остойчивости при затоплении отсека второй категории, определяется по упрощенной методике.

Результаты исследования и их обсуждение. На рисунке 1 в схематичной форме, представлены результаты расчета изменения метацентрической высоты судна, при аварийном затоплении отсеков методом оперативной оценки знака начальной остойчивости.

Имея предварительный расчет изменения метацентрической высоты для рассматриваемого отсека при его затоплении по первой и третьей категориям (которые являются постоянными значениями), можно выполнить оперативный расчет изменения метацентрической высоты (формула 1) при затоплении отсека по второй категории δh_(II):

δh_(II) = δh_(III)  + n· δh_(I)  /100,                                                             (1)

где δh_(III) - изменения метацентрической высоты при его затоплении отсека по третьей категории, м.;

δh_(I) - изменения метацентрической высоты при его затоплении отсека по первой категории, м.;

n – уровень затопления в рассматриваемом отсеке (в %).

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

Необходимо помнить, что именно затопление отсеков по второй категории представляет значительную опасность для остойчивости судна, так как практически все отсеки могут иметь данную категорию затопления. Причем расчет необходимо проводить во всех случаях затопления, как вследствие попадания забортной воды в отсек через нарушение герметичности корпуса, так и при тушении пожара водой, когда существует проблема ее удаления.

В качестве примера рассмотрим судно массой Δ = 4480 т, h = 0,67 м, осадкой d = 4,8 м, и q_см = 15 т/см.

Принимаем степень затопления помещения 70%, а само помещение – прямоугольным. Пусть длина трюма l = 20 м, ширина b = 15 м, высота

 hт = 3,5 м. Коэффициент проницаемости принимаем равным µ = 0,6 (трюм заполнен тарой).

Масса воды в затопленном трюме:

m = ρv = 1,025· 441 =  452,03 т,

где v – объем воды в трюме, м³.

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

Аппликата центра тяжести воды в затопленном трюме:

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

где:

hд =1,5 м, высота дна трюма над основной плоскостью;

t - уровень воды в трюме, м.;

 t = 0,7 hт = 0,7·3,5 = 2,45 м. 

Новая масса судна после затопления:

Δ₁ = Δ + m = 4480 + 452,03 = 4932,03 т.

Изменение метацентрической высоты определим по формуле 2, с учетом влияния свободной поверхности:

                                               (2)

где i_x   - момент инерции свободной поверхности, м⁴ .

i_x =k·l·b³  = 5625,

где к =1/12 – безразмерный коэффициент, учитывающий прямоугольную форму свободной поверхности в затопленном трюме.

Тогда рассчитанное по формуле 2, изменение метацентрической высоты судна при затоплении отсека по второй категории, составляет:

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

Новая метацентрическая высота δh_(II)  составляет:

h_(II) = h + δh_(II) = 0,67 + (– 1,028) = – 0,358 м.

При затоплении отсека по первой категории (отсек затоплен полностью), определим изменение поперечной метацентрической высоты (h) по формуле 3.

Надо понимать, что в данном примере такое затопление практически не возможно, что и показано в таблице к пояснению рисунка 1, но данные расчеты необходимы для расчетов изменения поправки при затоплении отсека по второй категории.

.                                               (3)

Учитывая 100% затопление отсека, определим новые значения:

m = ρv = ρ·µ·l·b·hт = 1,025·0,6·20·15·3,5=  645,75 т,

Δ₁ = Δ + m = 4480 + 645,75 = 5125,75 т.

При затоплении данного отсека по третьей категории (отсек сообщается с забортной водой), используем метод исключения отсека, считая, что изменение остойчивости происходит на величину потери момента инерции площади действующей ватерлинии I_х, определяющей остойчивость формы судна [1-5].

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

где: 

I_х = k·l·b³  = 5625 м⁴.;

V – объемное водоизмещение судна, м³.

V = Δ/ρ = 4480/1,025= 4370,73 м³.

При применении метода исключения, водоизмещение судна не меняется, так как считается вода в аварийном отсеке, судну не принадлежит. В тоже время запас плавучести уменьшается, осадка увеличивается. Увеличение осадки приводит к изменению остойчивости веса. Но в данных расчетах, влиянием остойчивости веса пренебрежем, поскольку считаем, что затопление трюма по второй категории на 70%, соответствует уровню аварийной ватерлинии при затоплении отсека третьей категории [3-5].

Выводы: Выполненный расчет определения метацентрической высоты судна, с затопленным трюмом позволил оценить точность расчетов при использовании предложенной автором методики оперативной оценки знака начальной остойчивости аварийного судна. Данный метод позволяет с допустимой точностью определить изменение метацентрической высоты при затоплении отсека по второй категории. Необходимо учитывать, что расчеты были выполнены для постоянного значения коэффициента проницаемости µ, который не всегда является постоянным, и зависит от характера груза в трюмах и твиндеках и от уровня затопления отсека.

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.