CC BY
34А.Н. Клементьев, М.Ю.Чурин
Обеспечение безопасности плавания современных судов смешанного плавания в стеснённых ...
[10] Резолюция ИМО А.601(15) «Информация о маневренных характеристиках судов и ее предоставление на судах» [Электронный ресурс] (Принята 19 ноября 1987 г.). Режим доступа: http://imodocs.com/txt/ data_ www/text s/A601_15/php3.
ENSURING OF NAVIGATION'S SAFETY OF «SEA-RIVER» GOING SHIPS IN CONGESTED WATER CONDITIONS
A.N. Klementyev, M.U. Churin
Key words: analysis, navigation's safety, method of calculation, squat, new approach, geometry 's descriptions, bow's bulb, propeller-steering columns, ship's steerability.
In this article it's performed brief analysis of qualitative change of home «sea-river» going ships compound. It's ground necessity of workings of new approach for valuation of navigation 's safety in congested water conditions, connecting with increase of ship's overall sizes. It's put question of necessity creating new method for defining ship's squat character and values for ships of new generation with due regard getting new peculiarities - presence of bow's bulb and propeller-steering columns.
УДК 656.62.052.4
М.Ю. Чурин, канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» Р.А. Пузанков, студент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ДИНАМИЧЕСКАЯ ПРОСАДКА КРУПНОТОННАЖНЫХ СУДОВ
Ключевые слова: методы расчета, динамическая просадка, крупнотоннажные суда, новый метод, особенности формы корпуса, характер просадки судна.
В статье изложены основные подходы существующих методов к определению величин динамической просадки, разработанных для крупнотоннажных судов. Выполнен сравнительный анализ величин динамических просадок, полученных на основе натурных наблюдений с результатами теоретических расчетов на примере крупнотоннажного танкера «Залив Америка». Ставится вопрос о необходимости разработки метода расчета величин динамической просадки для крупнотоннажных судов, учитывающий особенности формы корпуса, позволяющий уточнить характер просадки этих судов.
В современных условиях вопрос обеспечения безопасности плавания в стесненных условиях мелководья приобрёл дополнительную актуальность. Это связано с установившейся тенденцией увеличения размеров вновь строящихся судов внутреннего и смешанного плавания. Эта тенденция относится и к морским судам, у которых она проявляется более стремительно. Условия эксплуатации крупнотоннажных судов характеризуются целым рядом существенных отличий, особенно это проявляется при следовании в стесненных условиях. Проблеме безопасной проводки крупнотоннажных судов на мелководье морской транспорт уделяет особое внимание, публикуя в сериях «Безопасность мореплавания» и «Судовождение и связь» статьи, содержащие информацию по организации проводок крупнотоннажных судов в стесненных условиях [1, 2, 3, 4].
Вопросами приращения осадки при движении судна по мелководью занимались многие зарубежные и отечественные исследователи. На морских судах для расчета величин динамической просадки используются методы В.П. Смирнова, В. Анкудино-ва, универсальный метод К. Ремиша, графический метод Национальной физической лаборатории NPL (National Physical Laboratory). В последнее время широкое применение получили методы доктора Баррасса и лоцманский метод «Thumb Rule», дающий величины динамической просадки заведомо с большим запасом. Последние два метода опубликованы в выпуске альманаха «Brown's Nautical Almanac» [5] за 2014 год. Метод доктора Баррасса разработан для расчета величины динамической просадки при следовании судна на мелководье и в ограниченных фарватерах, максимальная просадка судна по этому методу определяется выражением:
ATmx = Cl х /3 xVK2,0S. (1)
где ATmax - максимальная просадка судна на мелководье; св - коэффициент полноты водоизмещения судна;
- коэффициент быстроты обтекания;
s2 = s/( 1 - s) (2)
S - коэффициент стеснения потока;
s = a/a (3)
a - погруженная часть мидельшпангоута судна;
as = b х t (4)
B - ширина судна; Т - осадка судна;
a - площадь живого сечения фарватера;
a = h xw (5)
h - глубина на мелководном участке;
w - ширина ограниченного фарватера ( только для ограниченных фарватеров)
w = b[ 7,7 + 45( 1 - cw)2 ] (6)
С - коэффициент полноты действующей ватерлинии.
- скорость судна в узлах.
Упрощенный лоцманский метод «Thumb Rule» позволяет определить величину динамической просадки судна с заведомым увеличением значений:
при C ^ 0,70 AT = V2 /100 (7)
при c ^ 0,70 At = V2 / 65 (8)
Такой подход обеспечивает дополнительный запас воды под днищем судна. В приведенных формулах величины динамической просадки будут получены в метрах.
Особенностью морских судов является то, что при движении на мелководье они могут иметь различный характер проявления динамической просадки. Часть морских судов имеет приращение осадки по корме больше, чем по носу. Другие суда имеют больше просадку по носу, чем по корме. Как пример, «Brown's Nautical Almanac» содержит информацию о том, что для судов, имеющих коэффициент полноты общего водоизмещения 5 > 0,70, дифферент будет проявляться на нос, для судов с 5 < 0,70 -дифферент на корму, для судов 5 = 0,70 - просадка будет проявляться без дополнительного изменения дифферента. Исследования показали, что для судов речного флота, приведенные в «Brown's Nautical Almanac» подходы по определению характера просадки судов не работают. Так установлено, что суда речного флота, имеющие корпус «традиционной формы» без бульба при следовании на мелководье больше просаживаются на корму при любом значении 5.
Метод К. Ремиша [6] содержит другой подход к определению характера просадки судна, связанный с расчетом дополнительных коэффициентов С5
^ , ^ 90S2 Б2
ск =Сн = 9^—. (9)
Как видно из выражения (9), при C^ >1 проседание носа больше проседания кормы, а при С5н < 1 - больше проседание кормы. Из выражения (9) следует, что у судов
с полными обводами и малым отношением Z/Б больше проседает нос, в то время как
у судов с острыми образованиями корпуса больше проседает корма. Метод К. Ремиша называется универсальным методом, который может применяться и к судам речного
флота, но расчеты коэффициента с для речных показывают, что метод для речных
судов очень часто дает неверные результаты.
Исследование методов определения величин динамической просадки для крупнотоннажных судов было выполнено по танкеру «Залив Америка» на базе данных выполненных натурных наблюдений. Танкер «Залив Америка» имеет следующие характеристики: максимальная длина 244,0 м, ширина 42,0 м, летнюю осадку 14,9 м, дедвейт под летнюю осадку 104 535 т, скорость хода 15,5 узлов. Натурные наблюдения проводились в июле месяце 2014 года при следовании судна в Малаккском проливе. При следовании скорость судна составляла 10,0 узлов на глубинах 16,0 метров. Судно в статическом состоянии находилось на ровном киле, имея осадку 13,3 м. Осадка была уточнена во время стоянки судна на якоре перед проливом. На ходу значения осадки снимались по носу и на миделе судна. На корме снять осадку не представилось возможным, она была рассчитана по носовой осадке и осадке на миделе судна. Для определения осадок также использовались специальные гидростатические датчики осадок фирмы SAAB.
Кроме методов, упомянутых выше, были определены величины динамической просадки для указанных условий плавания танкера с использованием графического метода Национальной физической лаборатории NPL (National Physical Laboratory), как наиболее часто используемый в этих целях в настоящее время. Расчеты также бы выполнены по методу, разработанному ВГАВТ, учитывающему особенности формы корпуса судов [7]. Метод ВГАВТ позволяет рассчитать максимальное значение величины динамической просадки и просадку на миделе судна. С учетом особенностей метода, изначально разработанного для судов смешанного «река-море» плавания, метод ВГАВТ, как предполагалось, может быть использован только для определения просадки крупнотоннажных судов на миделе:
в V2 — , —
А— = о--Л — = oB.Fr л — (10)
ср Ь ^И \и
_ о
где о = —— - отношение коэффициента полноты носовой половины к коэффициенту
о к
полноты кормовой половины диаметрального батокса корпуса судна, характеризующее форму его обводов.
Результаты натурных наблюдений и расчетов с использованием указанным методов были сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Просадка танкера «Залив Америка», по результатам натурных наблюдений и выполненных расчетов по различным методам
№ Просадка судна По показаниям датчиков По осадке NPL Open water condition Метод д-ра Баррасса Pilot water condition «Thumb Rule» Метод ВГАВТ
1 А Т нос 0,43 0,6 0,9 0,817 1,538
2 атср. л/б 0,34 0,45 0,8 0,445
3 ДТср.пр/б 0,26 0,45 0,8 0,445
4 Дткорма 0,25 0,3 0,7
Выполнив анализ полученных данных можно сделать следующие выводы:
1) Значения просадки, полученные по показаниям сенсоров осадки значительно отличаются от данных визуальных замеров как в носовой части, так и на миделе судна. Расхождения наблюдаются и с результатами расчетов, выполненных по методам NPL и доктора Баррасса. Это объясняется погрешностями установленных на судне сенсоров осадки, влиянием на точность показаний приборов температуры и плотности воды. Кроме этого отмечалось, что сенсор на миделе, установленный на правом борту достаточно часто выдает данные с ошибкой. При снятии показаний с сенсоров кренометр судна показывал, что судно крена не имеет. В данных условиях к показаниям датчиков осадки требуется относится с осторожностью, так как они дают значения осадки, отличающиеся в опасную сторону от значений, определенных визуально. При первой возможности требуется производить визуальное определение осадок.
2) Величины динамической просадки, рассчитанные по лоцманскому методу «Thumb Rule» превышают 1,5 метра, что значительно отличается от значений динамической просадки, полученных с использованием других методов, по визуальным замерам и показаниям датчиков осадки. Это объясняется тем, что лоцманский метод изначально определяет просадку с большим запасом. Он рекомендуется для лоцманов, прибывших на незнакомое судно, для обеспечения безопасности плавания метод позволяет определить завышенные величины динамической просадки. Поэтому этот метод и получил название «Thumb Rule» (грубое правило).
3) Значения просадки носом, полученные визуально по грузовой марке близки к значениям максимальной просадки, рассчитанной по методу доктора Баррасса и Национальной Физической Лаборатории NPL. Разница составляет около 0,2 и 0,3 м соответственно в безопасную сторону, что позволяет иметь некоторый дополнительный запас воды под килем судна.
4) Несмотря на, что метод ВГАВТ разрабатывался для судов смешанного «река-море» плавания, результаты расчетов показали хорошую сходимость с данными сен-
соров осадки, разница составила около 0,15 м, а с данными натурных наблюдений по грузовым маркам - наибольшую сходимость.
5) Анализ данных, помещенных в таблице 1, показывает, что для расчета величин динамической просадки наиболее приемлемы метод доктора Баррасса и метод Национальной Физической Лаборатории NPL. Метод NPL дает возможность определения величины просадки судна как носом, так и кормой, что позволяет определить изменение дифферента. Метод доктора Баррасса позволяет просчитать только максимальное значение просадки, в нашем случае это будет просадка судна по носу.
Кроме этого, требуется отметить, что большинство современных крупнотоннажны судов обладают существенной особенностью корпуса, эти суда строятся с буль-бом. В то же время приведенные методы определения характера просадки и расчета величин динамической просадки не учитывают эту немаловажную особенность корпуса судов, что является существенным недостатком, так как натурные наблюдения показывают, что наличие бульба существенно влияет на характер проявления и на значения динамической просадки судов. Определение характера и величин динамической просадки крупнотоннажных судов с бульбом при следовании на мелководье рекомендуется выполнять с использованием графического метода Национальной Физической Лаборатории NPL (National Physical Laboratory). Метод был опубликован в 1973 году в Великобритании, разработан на базе модельных испытаний, данных многочисленных экспериментов с крупнотоннажными судами и теоретических расчетов. В результате расчетов и натурных измерений была разработана монограмма, с использованием которой величины динамической просадки определяются графически [8].
Метод Национальной Физической Лаборатории NPL (National Physical Laboratory), обладающий наибольшими преимуществами, в настоящее время получил наиболее широкое распространение, как метод позволяющий определить просадку крупнотоннажного судна, оборудованного бульбом, как носом, так и кормой, позволяющий получить заодно и изменение дифферента. Но указанный метод обладает существенным недостатком, так как он не учитывает особенности формы корпуса судна, что, как показали проведенные исследования, является одним из основных факторов, определяющих характер и величины динамической просадки судна при следовании на мелководье. Кроме этого метод NPL, как графический метод, имеет целый ряд ограничений. Кривые рассчитаны для коэффициента полноты водоизмещения только в пределах 0,80 < 5 < 0,90. Монограмма используется в ограниченном диапазоне для судов, у которых дифферент находится в пределах от 1/100 LBP на корму до 1/500 LBP, на нос. Для условий, выпадающих из указанных диапазонов, определение величин динамической просадки по этому методу не представляется возможным.
Из вышеизложенного следует, что необходимость разработки нового метода для определения величин динамической просадки крупнотоннажных судов, позволяющего учитывать перечисленные факторы очевидна. Предлагаемый метод, кроме этого, должен иметь возможность определения характера просадки судов (просадка судна на нос или на корму) исключив выполнение большого количества вычислений, выработав относительно простой определяющий критерий. При выполнении перечисленных требований новый метод сможет стать определяющим для оценки характера и определения величин динамической просадки крупнотоннажных судов при следовании на мелководье.
Список литературы:
[1] Ковалев А.П. К вопросу о «проседании» судна на мелководье и в канале / А.П.Ковалев // М.: Мортехинформреклама (Серия «Безопасность мореплавания») - 1984.- №5 (165). -с. 19-21.
[2] Козырь Л.А. Плавание крупнотоннажных судов Суэцким каналом/ Л.А.Козырь // М.: Мортехинформреклама ( Серия «Судовождение и связь») - 1977.-№6 )101).— с. 3-16.
[3] Поданев Ф.И. Обеспечение безопасной проводки судов с предельными осадками / Ф.И.Поданев, В.П.Шувалов / М.: Мортехинформреклама (Серия «Безопасность мореплавания») - 1983.- №6 (156).- с. 11-18.
[4] Хлебников Л.Л. Допустимые осадки и скорость крупнотоннажных судов на лимитирующих участках Бугско-Днепровского- лиманного канала / Л.Л.Хлебников, Л.А.Козырь, О.И.Бабич //М.: Мортехинформреклама (Серия «Судовождение и связь». - 1984.-№3 (168).-с. 1-5.
[5] Brown's Nautical Almanac, Brown, Son and Ferguson. Ltd, Glasgow.G 41 2SD, 2014.
[6] Третьяк А.Г. Практика управления морским судном / А.Г. Третьяк, Л.А.Коваль.- М.: Транспорт, 1988.- 112 с.
[7] Чурин М.Ю. Метод определения динамической просадки судов смешанного «река-море» плавания при движении на мелководье / М.Ю.Чурин // Современные проблемы науки и образования Выпуск 5, 2013. URL: www.science-education.ru/111-10228.
[8] Снопков В.И. Управление судном. Учебник для ВУЗов. 3-е издание переработанное и дополненное. - Санкт-Петербург: АНО НПО «Профессионал», 2004 г., 536 с.
SQUAT OF LARGE-TONNAGE SHIPS
M.U. Churin, R.A. Puzankov
Key words: Method of calculation, squat, large-tonnage ship, new method, peculiarities of hall's form, squat's character
In this article it's expounded main methods for defining large-tonnage ships squat. It's executed comparison analysis of squat's values on basis of natural lookouts and performing calculations for example of large-tonnage tanker «Zaliv Amerika». It's put question of necessity creating method for defining large-tonnage ship's squat values with due regard form of ship's hull and squat's character.
