Кораблестроение. Нормирование остойчивости и непотопляемости

1. НОРМИРОВАНИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ И НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
НОРМИРОВАНИЕ
ОСТОЙЧИВОСТИ И
НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
1

2. Почему понадобились какие-то Нормы остойчивости?

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Почему понадобились какие-то
Нормы остойчивости?
• Потому что суда гибнут прежде всего от
потери остойчивости. Опрокидывание
происходит быстро, затопление –
медленно!!!
• Когда суда гибнут чаще всего? В каких
ситуациях надо обеспечить достаточную
остойчивость прежде всего?
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
2

3. Вероятность гибели судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Вероятность гибели судна
• Опрокидывание судна –
случайное событие
• Зависит ли вероятность
гибели судна из-за потери
остойчивости от того, каким
курсом по отношению к
волнам и ветру судно идёт?
• Да.
• Вот что показывает
аварийная статистика
• Следовательно,
обеспечивать остойчивость
надо прежде всего в
положении лагом к
волнению и на попутном
волнении
Цуренко Ю.И.
Волны
315
6%
270
22%
45
22%
90
50%
135
225
180
Теория корабля/ Ship Stability/
3

4. Расчётная ситуация «Критерий погоды» в Требованиях Российского Морского Регистра судоходства («старых»)

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Расчётная ситуация «Критерий погоды» в
Требованиях Российского Морского Регистра
судоходства («старых»)
• Судно стоит лагом к волнению и ветру и
должно, не опрокидываясь,
противостоять одновременному
действию динамически приложенного
давления ветра и бортовой качки
• Волны качают судно с амплитудой q2r
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
4

5. Критерий погоды

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Критерий погоды
• В тот момент, когда
судно качнулось на один
борт,
• со стороны этого борта
налетает шквал
q2r
Mv
Mv
• Он создаёт постоянный
кренящий момент Mv
Цуренко Ю.И.
t
Теория корабля/ Ship Stability/
5

6. Критерий погоды

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Критерий погоды
• Критерий погоды – это
отношение опрокидывающего
момента Mc к кренящему Mv:
К=Мс / Мv
• Кренящий момент Mv создаётся
силой давления ветра Pv
• и силой инерции судна F
Mv = Pv lкр
• Однако с некоторой ошибкой в
безопасную сторону Регистр
рекомендует эту силу
прикладывать не на уровне ЦТ, а
на уровне ватерлинии. Тогда
Mv=Pv Zv
Цуренко Ю.И.
Pv
lкр
A
G
F
Zv
F
Zp
Zg
T
Теория корабля/ Ship Stability/
6

7. Определение опрокидывающего момента

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Определение опрокидывающего
момента
• Опрокидывающи
й момент Мс
определяется
графически по
ДСО (при А=В)
M
B
A
MC
qc
q r
A
• или по ДДО
Цуренко Ю.И.
q
Aкр
Aq
Mc
q2r
1 рад
q
Теория корабля/ Ship Stability/
7

8. Допущения :

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Допущения :
• Давление постоянное
по высоте и такое, как
на высоте ЦП
• Равнодействующая
силы давления строго
горизонтальна и
проходит через ЦП
• ДСО – как на тихой
воде без учёта профиля
волны
• При действии шквала
судно опрокидывается
в первом размахе
Цуренко Ю.И.
Z
Давление 2
1
ЦП
P
P
P
v
Теория корабля/ Ship Stability/
8

9. Требования Российского Морского Регистра судоходства («старые»)

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Требования Российского Морского
Регистра судоходства («старые»)
• Требования к ДСО
– в зависимости от
типа судна
• h0>0 м
• lm 0.20 – 0.25 м
qm 30o
qv 60o
Цуренко Ю.И.
lq
lm
h0
qm
q
qv
Теория корабля/ Ship Stability/
9

10. Статистика выживаемости рыболовных судов

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Статистика выживаемости
рыболовных судов
Может ли судно опрокинуться, удовлетворяя
всем требованиям?
Да
Из каждых 10000
списочного состава
Процент Вероятность
Стрна судов гибнет от потери гибнущих выжить за 20
остойчивости ежегодно судов, %
лет
(в среднем), единиц
СССР
Анлия
ФРГ
США
Япния
1.0
8,5
10,6
13,1
29,8
0.2
1,7
2,1
2,6
5,8
0.998
0.983
0.979
0.974
0.942
• Не нарушать нормы остойчивости выгодно!
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
10

11. Требования ИМО («новые» требования Российского Морского Регистра судоходства )

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Требования ИМО
(«новые» требования Российского Морского
Регистра судоходства )
Постоянный
• Критерий погоды
• Судно находится под действием
постоянного ветра, направленного
перпендикулярно ДП, которому
соответствует плечо lw1
• От угла крена qo, вызванного
постоянным ветром,
Порыв
• судно под воздействием волн
кренится на наветренный борт на
угол, равный амплитуде qr
• На накренённое судно действует
порыв ветра, которому
соответствует плечо lw2=1,5 lw1
Цуренко Ю.И.
q0
qr
q0
Теория корабля/ Ship Stability/
11

12. Критерий погоды

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Критерий погоды
Схема действия кренящего
момента
• Сравниваются площади
«а» и «b»
Площадь b ограничена
углом 50о или углом
заливания qf или углом qc
(что меньше)
qo < 16o или 0.8 qd (угол входа
в воду открытой палубы)
• K=b/a
Цуренко Ю.И.
lw
lw2
lw1
t
lq
b
l w1
a
qr
q0
50
qf
qc
l w2
q
Теория корабля/ Ship Stability/
12

13. Допущения:

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Допущения:
P
A
• Сила сопротивления
воды и сила давления
ветра – горизонтальны
• Равнодействующая
силы сопротивления Q
проходит примерно на
середине осадки
• При действии шквала
судно опрокидывается
в первом размахе
Цуренко Ю.И.
P
H
Q
Q
Q
Pv
Zp
P
A
q
Zv
T
Zq
H'
Q
Теория корабля/ Ship Stability/
13

14. Требования ИМО («новые» требования Российского Морского Регистра судоходства )

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Требования ИМО («новые» требования
Российского Морского Регистра судоходства )
• Требования к ДСО
h0 0.15 ( 0.35 для однопалубных рыболовных) м
lm 0.2 - 0.25 м qm 30o qv 60o
ld30 0.055 м рад
ld40 0.090 м рад
ld40-ld30 0.030 м рад
lq,ld
lq,ld
lq,ld
lq
lq
ld
0,055 м рад
30
Цуренко Ю.И.
0,090 м рад
q
40
lq
ld
0,030 м рад
q
30 40
ld
q
Теория корабля/ Ship Stability/
14

15. Сравнение различных требований

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Сравнение различных требований
Параметры
остойчивости
h0 , м
lm=f(L), м
qm, град
qv, град
ld30, м рад
ld40, м рад
ld, м рад
zv, м
pvc, Па
pvд, Па
q0o, град
q1 , формула
К 1
Огранич. пл."b"
Цуренко Ю.И.
Пассажирские и грузовые суда
неограниченного района плавания
Регистр
Регистр
ИМО
"новый"
"старый"
0
0.15
0.15
0.20-0,25
0.20
0,20-0,25
30
30
30
60
60
60
0.055
0.055
0.090
0.090
0.030
0.030
z
z+T/2
z+T/2
504
504
706-1216
756
756
16 /0.8qd
16 /0.8qd
(6.17)
Mc/Mv
-
(6.23)
b/a
(6.23)
b/a
50о,qf,qc
50о,qf,qc
Теория корабля/ Ship Stability/
15

16.

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Требования IMO к остойчивости транспортных судов
STABILITY REQUIREMENTS UNDER IMO LOAD LINE RULES
GZ
> 0.090 m r
Max GZ > 0.2 m
> 0.03 m r
> 0.055 m r
GM > 0.15 m
Угол
крена
30
40
57.3
HEEL
Max GZ > 30
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
16

17. Нормирование непотопляемости в Правилах РМРС

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Нормирование непотопляемости в
Правилах РМРС
Требования к непотопляемости распространяются на:
Пассажирские суда
Нефтеналивные суда
Рыболовные суда длиной >100 м
Грузовые суда длиной >80 м
Сухогрузные суда длиной < 80 м *
Буксиры длиной >40 м
Ледоколы длиной > 50 м
и ряд других типов судов
*Эти суда должны иметь Информацию о непотопляемости, но не обязаны удовлетворять всем
требованиям
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
17

18. Нормирование непотопляемости в Правилах РМРС

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Нормирование непотопляемости в
Правилах РМРС
Правила деления на отсеки содержат два основных
требования:
• Чтобы фактическая вероятность того, что плавучесть
судна после затопления рассматриваемого отсека
(или группы из двух и более смежных отсеков) была
достаточной; для этого достигнутый
вероятностный индекс деления судна на отсеки А
должен быть не меньше требуемого R (для их
расчёта есть формулы).
• Обычно эти расчёты делаются при проектировании
судна
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
18

19. Требуемый вероятностный индекс деления на отсеки грузовых судов R и достигнутый индекс А

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Требуемый вероятностный индекс деления на отсеки
грузовых судов R и
достигнутый индекс А
R
0.6
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
80
100
120
140
L s, м
160
180
200
A=Sws
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
19

20. Вероятность затопления отсека w

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Вероятность затопления отсека w
Статистика повреждений
Положение серидины
пробоины по длине
судна х d
f(x d/L)
Длина пробоины l d
f(ld/L)
10
1
1
1
ld/L
Глубина пробоины bd
1
f(bd/B)
2
ld1
ld1< ld2
2
5
2
0
0
КП
ld2
1 x d/L
НП
0
0
0.1
0.2
L
ld/L
bd/B
Поправочный коэффициент,
учитывающ ий продольное
подразделение внутри отсека
Формула приближенного значения вероятности
затопления отсека между поперечными переборками
Расстановка
переборок
Формула приближенного значения вероятности
затопления отсека при при поперечных и
продольных переборках
Приближенное значение вероятности
затопления любого отсека
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
20

21. Вероятность выживания судна после затопления S

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Вероятность выживания судна после
затопления S
Статистические данные по
состоянию моря на момент
повреждения
Статистические данные по загрузке судна в эксплуатации
Осадки
Проницаемость
f(T)
V
f(h3%)
1
1
1
Приблизительный критерий
выживания судна V,
принимая в качестве
параметра h3%
2
h3%
2
Tmin
T1
T2
T3
Tmax
T
Проницаемость в зависимости от
относительной осадки f(T/Tmax )
Три определённые
осадки Т1, Т2, Т3
h3%
T/Tmax
Геометрия судна и
рассматриваемого
отсека
Ф ормула для приближенного расчёта
вероятности выживания судна S=f(F dhd/B)
В повреждённом состоянии:
надводный борт F d,
метацентрическая высота hd, угол
Критическое возвышение ЦТ
Zgкр=f(T)
(Fd hd)/B
крена qd
для каждой из трёх осадок
Т1, Т2, Т3
Приближенные значения
вероятности выживания
судна S i при каждой из
трёх осадок
Приближенное значение вероятности выживания
судна S=as1+bs2+cs3
A=Sws
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
21

22. Нормирование непотопляемости в Правилах РМРС

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Нормирование непотопляемости в
Правилах РМРС
• Чтобы обеспечивалась
удовлетворительная аварийная посадка
и остойчивость при затоплении
заданного числа отсеков (одного, двух
или трёх – в зависимости от судна) при
получении расчётной пробоины.
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
22

23. Требования к посадке и остойчивости повреждённого судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Требования к посадке и остойчивости
повреждённого судна
Размеры расчётного повреждения:
• Длина пробоины – 1/3L12/3 или 14,5 м
(что меньше)
• Глубина пробоины – 1/5 В
• Протяженность по вертикали – от основной
плоскости неограниченно вверх
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
23

24. Требования к посадке и остойчивости повреждённого судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Требования к посадке и остойчивости
повреждённого судна
Требования к посадке повреждённого
судна:
• Аварийная ватерлиния до, в процессе и
после спрямления должна проходить, по
крайней мере на 0,3 м ниже отверстий в
переборках, палубах и бортах, через
которые возможно дальнейшее
распространение воды по судну
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
24

25. Требования к посадке и остойчивости повреждённого судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Требования к посадке и остойчивости
повреждённого судна
• Требования к начальной остойчивости
повреждённого судна для ненакренённого
положения:
• h0 не менее 0,05 м
• Для непассажирских судов по
согласованию с Регистром может быть
допущена меньшая положительная
метацентрическая высота
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
25

26. Требования к аварийной ДСО

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Требования к аварийной ДСО
Конечная стадия
симметричного затопления
Конечная стадия
несимметричного
затопления
lq
lq
>0.1 м
<20
>0.1 м
о
q
>20
>20
о
q
о
Промежуточные
стадии затопления
ld
lq
>0.0175 м рад
>0.05 м
q
>20
Цуренко Ю.И.
q
о
>7
о
Теория корабля/ Ship Stability/
26

27. Критические возвышения ЦТ Zgкр

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Критические возвышения ЦТ
Zgкр
• Тогда и было введено понятие критического
возвышения центра тяжести судна (критической
метацентрической высоты, критического
статического момента и т.п.).
• Чаще используется понятие Zgкр
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
27

28. Критические возвышения ЦТ Zgкр

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Критические возвышения ЦТ Zgкр
• Критическим называется такое
возвышение центра тяжести судна, при
котором один из нормируемых параметров
в точности соответствует норме, а все
остальные имеют избыточные значения
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
28

29. Частные Zgкр

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Частные Zgкр
• Можно говорить о «частных» Zgкр по каждому
из нормируемых параметров
• Тогда различают Zgкрho, Zgкрlm, Zgкрqv и т.д. При
этом рассматриваемый критерий в точности
удовлетворяет норме, а остальные могут как
удовлетворять, так и не удовлетворять
• Минимальный из них и будет Zgкр, который
должен приводиться в Информации об
остойчивости
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
29

30. Частные Zgкр при М=5500 т для БАТМ типа «Пулковский меридиан»

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Частные Zgкр при М=5500 т для
БАТМ типа «Пулковский меридиан»
ho=0 м
0,8
Zgkr= 7,31
ho=0,15 м
0,8
Zgkr=
7,16
0,6
0,6
0,6
0,4
0,4
0,4
0,2
0,2
0
0
0
0,5
20
40
Qm=30о
0
60
80
Zgkr= 8,42
0
0,5
0,3
0,3
0,1
0,1
-0,1 0
10
20
30
40
50
-0,3
-0,5
-0,5
Qv=60о
Zgkr=
7,60
20
40
Qm=25о
60 -0,1 0
-0,3
0,8
0,15
60
Zgkr=
80
8,16
Zgkr= 6,96
ho=0,35 м
0,8
20
30
40
50
0,2
0,2
0
0
0
20
40
ld30=0,055 м рад
0,1
60
Zgkr=
80 -0,2
7,09
Zgkr=
0,2
0
0
20
40
ld40=0,09 м рад
60
20
30
40
50
K=1
0
Zgkr=
10
20
7,29
30
40
0,8
0,6
0,6
0,6
0,5
0,5
0,4
0,3
0,4
0,2
0,3
0,1
0,2
0
0,1
-0,1 0
10 20 30 40 50 60 70
-0,2
Цуренко Ю.И.
0
10
20
30
0,176
0,003
0,1
0
0
-0,2
10 20 30 40 50 60
-0,05
K=b/a=1
Zgkr=
7,43
0,2
0,1
-20 -0,1 0
0
Zgkr=7,48
0,3
0,2
0,082
50
80
0,033
0
0,7
0,3
60
0,05
0,7
0,4
40
0,1
0,05
0,6
0,5
20
ld40-30=0,03 м рад
0,09
0,7
0,4
-0,2 0
Zgkr= 7,23
0,7
0,5
80
0
0,8
7,11
0,22
0
10
Zgkr= 7,51
0,2
60
0
Qo=16о
lm= 0,22
0,4
0,1
0,055
0,8
0,6
0,4
0,35
0
0,8
Zgkr= 7,53
0,6
0,05
10
lm=0,2м
0,8
20
40
60
80
100 -20 -0,1 0
0,161
0,108
20
40
60
80
100
-0,2
Теория корабля/ Ship Stability/
30

31. Критические возвышения ЦТ Zgкр

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Критические возвышения ЦТ Zgкр
• На следующем рисунке приведен образец
кривых критических возвышений центра
тяжести для БАТМ по каждому из
нормируемых параметров
• По «старому» Регистру
• По «новому» Регистру (ИМО)
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
31

32. Критические возвышения центра тяжести (без учёта дифферента)

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Критические возвышения центра
тяжести (без учёта дифферента)
Zgкр по "старому" Регистру
Zgкр по "новому" Регистру
8.6
8.6
8.4
8.4
8.2
8.2
h0=0,15, м
lm=0,22, м
h0=0, м
qm=30o
qv=60o
lm=0,22, м
8
ld30=0,055 м рад
8
qm=30o
ld40=0,09 м рад
ld40-ld30=0,03 м рад
K =1Старый Рег
7.8
Zgкр, м
Zgкр, м
qv=60o
7.6
7.6
7.4
7.2
7.2
7
7
3000
q0=16о
K=b/a=1 Новый Рег
7.4
6.8
6.8
3500
4000
4500
5000
Водоизмещение М, т
Цуренко Ю.И.
7.8
5500
6000
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
Водоизмещение М, т
Теория корабля/ Ship Stability/
32

33. Учёт влияния дифферента

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Учёт влияния дифферента
• Так как остойчивость зависит не только от
водоизмещения M (осадки T), но и от
дифферента (Xg), то при учёте влияния
дифферента каждая из
кривых частных Zgкр=f(M)
превратится в
поверхность Zgкр=f(M,Xg)
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
33

34. Поверхности Zgкр для неповреждённого судна

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Поверхности Zgкр для неповреждённого судна
Zgkr, м
ho
Zgkr, м
qm
qv
lm
K
ho
3500
-10
Цуренко Ю.И.
Xg, м
+6 7500
M, т
3500
-10
Xg, м
+6 7500
M, т
Теория корабля/ Ship Stability/
34

35. Учёт аварийной остойчивости

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Учёт аварийной остойчивости
• Однако, в Правилах Регистра записано, что, если
на судно распространяются требования Части V
«Деление на отсеки», то: остойчивость
неповреждённого судна во всех
эксплуатационных случаях нагрузки,
соответствующих назначению судна, должна
быть достаточной для того, чтобы были
выполнены требования к остойчивости
повреждённого судна.
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
35

36. Учёт аварийной остойчивости

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Учёт аварийной остойчивости
• Другими словами: критические
возвышения центра тяжести
должны быть подсчитаны с учётом
аварийной остойчивости при
затоплении наиболее опасного
отсека
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
36

37. Благодарю за внимание

Кафедра «Кораблестроение и сварка»
мaritiмe Education & Training
Благодарю за внимание
• Конец
Цуренко Ю.И.
Теория корабля/ Ship Stability/
37