11.
ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА НА ПОПУТНОМ ВОЛНЕНИИ
Одним из специальных вопросов безопасности мореплавания является снижение остойчивости судна при ходе на попутном волнении. Аварийная статистика указывает на высокую вероятность потери остойчивости в этих обстоятельствах [1]. При этом сложность заключается в том, что теория на данном этапе не дает судоводителю надежных расчетных методов оперативной оценки снижения остойчивости на попутном волнении. Поэтому особо важным является понимание физики явления и качественная оценка эксплуатационной ситуации, позволяющая предупредить аварию. Сказанное выше относится к судам, не оборудованным аппаратурными средствами контроля, способными реагировать на изменение остойчивости в зависимости от положения судна на волне.
В реальных условиях эксплуатации судно движется по взволнованной поверхности. В этом случае при неизменном водоизмещении непрерывно изменяется форма подводной части корпуса. Вследствие разности обводов в районе цилиндрической вставки и в оконечностях происходит изменение обводов действующей ватерлинии, что приводит к изменению метацентрического радиуса, плеча остойчивости формы и метацентрической высоты в ряде случаев до 40% [1] от первоначальных значений.
Исследованиями установлено, что наибольшую опасность для судна представляет встреча с волной, длина которой λ соизмерима с длиной судна. Когда судно находится на вершине волны, т. е. при совпадении гребня волны с мидель-шпангоутом, составляющие восстанавливающего момента в оконечностях действуют в сторону наклонения, стремясь увеличить его. При этом на встречном волнении вследствие вычитания скоростей судна и бега волны судно не успевает среагировать на уменьшение остойчивости, так как находится на гребне волны менее половины периода собственных поперечных колебаний. При ходе на попутной волне судно меняет свое положение относительно профиля волны и при совпадении скоростей судна и бега волны может задержаться на вершине волны достаточно длительное время. Поэтому скорость судна на попутном волнении существенно влияет на его остойчивость. На рис. 18 показано влияние на диаграмму статической остойчивости положения вершины волны по длине судна;
кривые 2, 3 и 4 соответственно характеризуют последовательное уменьшение остойчивости при погружении носовой оконечности, кормовой оконечности и цилиндрической вставки. Остойчивость судна на подошве волны, т. е. при погружении обеих оконечностей, несколько улучшается. Судоводителю следует обращать внимание на такие эксплуатационные факторы, как длина волны и скорость ее бега, и при совпадении их с длиной и скоростью судна необходимо менять курс или снижать скорость. В работе [1] даются следующие рекомендации по нижнему пределу опасных скоростей в зависимости от длины судна:
L, м ......... 60 100 140
υs, уз . . . . . . . . . 11,6 13,4 15,2
Совпадение длины волны с длиной судна наиболее опасно для малых судов. Однако в условиях океанской зыби и более крупные суда оказываются подверженными влиянию попутного волнения.
Существенно в этих условиях на плечи статической остойчивости влияет высота волны: они уменьшаются с ее увеличением. Следовательно, крутые волны более опасны, чем пологие.
Вероятность потери остойчивости существенно увеличивается, когда судно находится на склоне волны при скоростях, меньших скорости бега волны. В этом случае возможен «захват» судна волной, при котором скорость судна быстро нарастает. Возникает дополнительная сила инерции, которая при ухудшении управляемости из-за оголения кормовой оконечности и сопутствующего рыскания дает поперечную составляющую, увеличивающую кренящий момент. Это явление, называемое брочингом, наиболее вероятно при λ/L = 1,0 ÷1,3, дифференте на нос и малой загрузке. Поэтому для избежания брочинга следует избегать попутного волнения или снижать скорость на 30—40% [4].