CC BY
26УДК 656.62.052.4
М.Ю. Чурин, канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВО «ВГАВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а
РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОЙ ПРОСАДКИ СОВРЕМЕННЫХ СУДОВ
Ключевые слова: анализ, методика расчета, динамическая просадка, новый подход, геометрические характеристики, бульб.
В статье произведен краткий анализ методик расчета просадки судов. Ставится вопрос о необходимости разработки новых подходов для определения как характера, так и величин динамической просадки современных судов, учитывающих особенности форм корпуса судов и наличие бульба.
Резолюция ИМО А.893 (21) «Руководство по планированию рейса» [1] и SIRE OCIMF [2] содержат требования по определению минимального запаса глубины под днищем судна при прохождении мелководных участков предстоящего перехода. Требования определения безопасного запаса воды под днищем с учетом увеличения осадки судна при следовании на мелководье содержится и в отечественных руководящих документах: «Наставлении по штурманской службе на судах МРФ РСФСР»[3] и «Рекомендациях по организации штурманской службы на судах (РШС-89)» [4]. На всех судах длиной более 100 м, поднадзорных Конвенции СОЛАС (а для танкеров, химовозов и газовозов независимо о длины) информация о маневренных качествах, согласно Резолюции ИМО А.601(15), должна быть предоставлена в трёх видах [5]:
1. Лоцманская карточка.
2. Таблица маневренных характеристик.
3. Формуляр маневренных характеристик.
Особое внимание при заполнении лоцманской карточки обращают на значение осадок судна носом и кормой. Эти величины должны быть пересчитаны на соответствующий расход судовых запасов с момента начала рейса. В таблицу маневренных характеристик, находящейся в рулевой рубке, помимо осадок, при которых была получена информация о маневренных элементах судна, должно быть включено значение увеличения осадки из-за динамической просадки и влияния крена.
В современных условиях вопрос обеспечения безопасности плавания в условиях мелководья приобрёл дополнительную актуальность. Это связано как с качественным изменением состава действующего морского и речного флота, так и условий эксплуатации самих судов. В последние десятилетия наблюдается устойчивая тенденцией увеличения размеров вновь строящихся судов внутреннего и смешанного плавания. Эта тенденция относится и к морским судам, у которых она проявляется более стремительно. Помимо увеличения размеров суда новых проектов характеризуются более стремительными обводами корпуса, оборудованного бульбом. Появились суда с бульбом и среди судов смешанного «река-море» плавания. Изменилась география районов работы судов. В южном регионе основными портами для судов смешанного «река-море» плавания стали мелководные порты Азовского моря, где постоянные колебания уровней воды и лимитирующие глубины на подходных каналах являются отличительными особенностями этих портов. С увеличением размеров морских судов многие районы, ранее не вызывавшие трудностей, в настоящее время могут быть причислены для этих судов к мелководным.
Многие отечественные и зарубежные исследователи занимались вопросами обеспечения безопасности судовождения в условиях мелководья. Целый ряд работ был посвящен динамической просадке судов, обоснованию допустимых скоростей движе-
ния судов в каналах и на мелководных участках водных путей. Вопросами просадки судов занимались В.В. Звонков, А.Б. Карпов, А. Гохштейн и Д. Зернов, В.К. Шанчу-рова, Г.П. Миронов , В.П. Смирнов, А.Д. Ненюшкин. Среди работ, посвященных определению величин динамической просадки судов речного флота, наибольшую известность получили работы Г.Е. Павленко, В.Г. Павленко, В.В. Звонкова, Г.И. Су-хомела, А.Д. Гофмана, Р.Я. Першица, А.Б. Карпова, П.Н. Шанчурова, Г.И. Ваганова, А.М. Полунина, С.Н. Короткова, Т.Г. Горнушкиной.
Авторы методик расчета динамической просадки речных судов исходили, прежде всего, из учета физического процесса, происходящего вокруг движущегося судна. Физический процесс обтекания корпуса судна жидкостью, помимо главных размере-ний судна и отношения его осадки к глубине в районе плавания, определяется также формой корпуса судна. Однако влияние данного фактора не нашло отражения в работах выше названных исследователей. Кроме этого необходимо отметить, что большинство методов расчета определяют только среднее значение величины динамической просадки судов, но не позволяют определить характер просадки (на корму или на нос). Методы, позволяющие это сделать, не всегда правильно определяют характер просадки речных судов.
Взяв за основу теорию обтекания корпуса судна жидкостью с учетом геометрических характеристик судов речного флота и результатов натурных наблюдений, для расчета динамической просадки речного судна на мелководье автором было предложено следующее выражение [6]:
T = *l— = a-Fr\l—, (1)
ср Lg\H \H
_ a
где a = —н - отношение коэффициента полноты носовой половины к коэффициенту
ак
полноты кормовой половины диаметрального батокса корпуса судна, характеризующее форму его обводов;
Fr = ,— - число Фруда.
4gL
Выражение (1) позволяет определить приращение средней осадки судна. Для расчета приращения осадки судов внутреннего и смешанного плавания по корме предложено использовать выражение:
D 2 I rf I rf
AT = 1,2a -—J— = 1,2aBFr\\ — . (2)
к Lg\H \H
Предложенная методика расчета величины динамической просадки по корме у речных судов имеет хорошую сходимость с результатами натурных наблюдений, выполненных по серийным речным судам. Сравнительный анализ показал, что новый метод позволяет уточнить величину динамической просадки для грузовых речных и «река-море» судов на 4%, а для речных пассажирских судов на 9% . Кроме этого, новый метод позволяет определить характер просадки (на нос или на корму) судна при следовании на мелководье. Однако, новый предложенный метод, учитывающий особенности корпуса судна, имеет существенный недостаток, он дает хорошие результаты только для судов речного флота с традиционной формой корпуса (без бульба).
На морских судах отечественного флота наибольшее распространение получили универсальный метод К. Ремиша и графический метод Национальной физической лаборатории NPL (National Physical Laboratory).
Натурные наблюдения показывают, что морские суда при движении на мелководье могут иметь различный характер проявления динамической просадки. Часть морских судов имеет большее приращение осадки по корме, другие суда по носу. В настоящее время существуют различные методы определения характера просадки судов. Так, например, «Brown's Nautical Almanac» [7] 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, проведенные автором, показали, что для судов речного флота приведенные в «Brown's Nautical Almanac» подходы по определению характера просадки судов не работают. Так как у судов речного флота значение 5 могут быть как больше, так меньше 0,7, но все они, имеющие корпус «традиционной формы» без бульба при следовании на мелководье больше просаживаются на корму. Метод К. Ремиша [8], во многих источниках называемый универсальным, содержит другой подход к определению характера просадки судна, связанный с расчетом дополнительных коэффициентов Cs.
1 ^ 90S2 Б2 C = 1; C =--- . (3)
8к ' 8н Jj v '
Увеличение осадки на мелководье определяется отдельно для носа и кормы, рассчитывается по формуле :
AT = 0,55CfC5^H " 0,4j (И - T), (4)
где AT - приращение осадки носом или кормой, м; T - осадка носа или кормы, м; C - коэффициент, зависящий от скорости хода; Cs - коэффициент, зависящий от формы корпуса.
Коэффициент C рассчитывается по выражению:
С = Б
( \ v
v
V кР У
— - 0,5
+ 0,0625,
(5)
где V - скорость судна, м/с;
- критическая скорость для мелководья, м/с, определяемая по формуле:
v' = 1,28И °,6251 — ^ I тб
(6)
Как видно из выражения (3), при С5 >1 проседание носа больше проседания кормы, а при С < 1 - больше проседание кормы. Из выражения (3) следует, что у судов с полными обводами и малым отношением Ь/Б, например, у крупнотоннажных танкеров или балкеров, 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. Однако расчеты коэффициента С для речных судов показывают, что данный метод очень часто дает
4
v
0.125
н
неверные результаты. Отмечено, кроме вышесказанного, что метод К. Ремиша дает ошибочные результаты в расчетах величин динамической просадки и для судов, выполняющих переход при предельных запасах воды под днищем. В таблицах 1 и 2 даются результаты расчетов величин динамической просадки, рассчитанных по методу К. Ремиша, для трех судов: судно смешанного «река-море» плавания типа «Сормовский» проекта 1557 дедвейт 3157, осадка 3,67 м, для научно-исследовательского судна «Академик Сергей Вавилов» дедвейтом 2257, осадка 5,9 м и танкера «Хандыга» дедвейтом 23050, осадка 10,00 м.
Таблица 1
Величина динамической просадки по корме исследуемых судов в зависимости от соотношения Т/Н на средних и малых ходах
T/H т/х «Сормовский» НИС «Академик Сергей Вавилов» Танкер «Хатанга»
СХ ДТк, м МХ ДТк, м СХ ДТк, м СХ ДТк, м МХ ДТк, м СХ ДТк, м
0,5 0,3318 0,0137 1,5380 0,3070 0,7584 0,3020
0,6 0,5814 0,1637 3,6066 0,4386 1,2422 0,4044
0,7 0,9963 0,1970 7,1148 0,5876 1,9889 0,4823
0,8 1,4683 0,2054 11,5607 0,7273 2,8503 0,4973
0,9 1,6267 0,1636 13,0390 0,6959 3,0187 0,3824
Таблица 2
Величина динамической просадки по носу исследуемых судов в зависимости от соотношения Т/Н на средних и малых ходах
T/H т/х «Сормовский» НИС «Академик Сергей Вавилов» Танкер «Хатанга»
СХ ДТн, м МХ ДТн, м СХ ДТн, м СХ ДТн, м МХ ДТн, м СХ ДТн, м
0,5 0,2752 0,0113 1,2967 0,2588 1,2304 0,4900
0,6 0,4823 0,1358 3,0409 0,3698 2,0152 0,6560
0,7 0,8265 0,1634 5,9989 0,4954 3,2267 0,7824
0,8 1,2181 0,1704 9,7474 0,6132 4,6241 0,8067
0,9 1,3495 0,1357 10,9939 0,5868 4,8973 0,6204
Очевидно, что в некоторых случаях результаты проведенных расчетов имеют явно нереальные значения. Большинство современных крупных морских судов обладают существенной особенностью корпуса, эти суда строятся с бульбом. Метод К. Ре-миша не учитывает эту важную особенность, в то время как натурные наблюдения показывают, что наличие бульба существенно влияет на характер проявления и на значения динамических просадок судов.
Определение характера и величин динамической просадки крупно-тоннажных судов с бульбом при следовании на мелководье рекомендуется выполнять с использованием графического метода Национальной Физической Лаборатории NPL(National Physical Laboratory) [9].
Метод 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 (см. рис. 1), с использованием которой величины динамической просадки определяются графически [12]. Кривые рассчитаны для коэффициента полноты водоизмещения в пределах 0,80 < 5 > 0,90. Монограмма используется для судов,
у которых дифферент находится в пределах от 1/100 ЬВР на корму до 1/500 ЬВР на нос. Для определения величин динамической просадки необходимо знать скорость судна V (уз), длину ЬВР (м), глубину на мелководье Н (м) и дифферент судна у. Преимущество метода в том, что от позволяет определить проседание как носа и кормы, так и изменение дифферента.
3,5
Л* и
Рис. 1. Номограмма для определения просадки судна по методу NPL
Из вышесказанного следует, что существующие ныне методы расчета величин динамических просадок судов разрабатывались строго под определенные типы судов, обладают существенными ограничениями. С появлением судов речного флота нового поколения и современных морских судов среднего тоннажа, оснащенных бульбом, становится очевидным необходимость разработки новых подходов для определения как характера, так и величин динамической просадки этих судов, учитывающих особенности форм корпуса судов и наличие бульба. Это в большей мере относится к судам речного флота, которые начали строятся с бульбом только в последние годы. Наличие указанных методов расчета величин динамических просадок для современных морских и речных судов будет являться существенным вкладом в обеспечение безопасной эксплуатации этих судов в условиях мелководья.
Список литературы:
[1] Резолюция ИМО А.893 (21) «Руководство по планированию рейса» [Электронный ресурс] от 25 ноября 1999 г. Режим доступа: Ы1р://%'%гмг^й/Ла1га/1то/А893(21).Ыт.
К
[2] Vessel Inspection Questionnaires for Oil Tankers, Combination Carriers, Shuttle Tankers, Chemical Tankers and Gas Tankers (VIQ 5) 2012 Edition [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ocimf.com/SIRE/Sire-Document/
[3] Наставление по штурманской службе на судах Минречфлота РСФСР. Ч.3 /МРФ РСФСР.-Л.: Транспорт, 1987. - 144 с.
[4] Рекомендации по организации штурманской службы на судах (РШС -89).- М.: Мортехин-форреклама, 1990.-69с.
[5] Резолюция ИМО А.601 (15) «Информация о маневренных характеристиках судов и ее представление на судах» [Электронный ресурс] от 19 ноября 1987 г. Режим доступа: http://imodocs.com/txt/ data_ www/texts/A601 15.php3.
[6] 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.
[7] Brown's Nautical Almanac, Brown, Son and Ferguson. Ltd, Glasgow.G 41 2SD, 2011.
[8] Третьяк А.Г. Практика управления морским судном / А.Г. Третьяк, Л.А.Коваль.- М.: Транспорт, 1988. - 112 с.
[9] Снопков В.И. Управление судном. Учебник для ВУЗов. 3-е издание переработанное и дополненное. - Санкт-Петербург: АНО НПО «Профессионал», 2004 г., 536 с.
CALCULATING OF DYNAMIC SQUAT FOR MODERN SHIPS
M.Y. Churin
Keywords: analysis, method calculation, dynamic squat, new approach, geometrical characteristics, bulb.
The article made a brief analysis of methodologies for calculating ship's squat. It's put the question of necessity to creation new approaches for definition the character and values of dynamic squats for modern ships, which are taken into account ship's hall peculiarities and availability of bulb.
