РД 31.72.04-85
Методика расчетов по статике и динамике корабля при проведении аварийно-спасательных операций и судоподъеме
Дата введения 1987-01-01
РАЗРАБОТАН Ростовским центральным проектно-конструкторским бюро
Главный инженер В.И.Борисов
Заведующий сектором стандартизации и метрологии И.Н.Шахмейстер
Разработчик С.М.Паненко
Одесским институтом инженеров морского флота
Проректор по научной работе П.С.Никеров
Заведующий кафедрой теории корабля Ю.Л.Воробьев
Научный руководитель В.П.Хильский
СОГЛАСОВАН Центральным научно-исследовательским институтом морского флота
УТВЕРЖДЕН Всесоюзным объединением "Мореплавание"
Заместитель председателя Г.С.Леонтьев
ВВОДИТСЯ ВПЕРВЫЕ
Настоящий руководящий документ (РД) распространяется на аварийно-спасательные и судоподъемные операции и предназначается для использования техническим персоналом экспедиционных отрядов АСПТР ММФ и проектно-конструкторских бюро Министерства морского флота.
РД устанавливает методику расчетов по статике и динамике корабля, необходимость в которых может возникнуть при проведении аварийно-спасательных операций или при судоподъеме, но не определяет, какие именно расчеты должны выполняться при проведении той или иной операции. Этот вопрос относится к компетенции специалистов, проектирующих или осуществляющих аварийно-спасательную операцию или судоподъем.
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. При выполнении аварийно-спасательных и судоподъемных работ возникает необходимость решения ряда задач (посадки, остойчивости, сопротивления воды движению судна), относящихся к теории корабля.
Эти задачи могут быть разделены на четыре основные группы:
задачи, связанные с процессом снятия судна с мели;
задачи, связанные с вопросами всплытия и посадки судна при судоподъеме;
расчеты посадки и остойчивости снятого с мели или всплывшего судна;
расчеты по буксировке судна.
1.2. Настоящий РД состоит из четырех разделов, относящихся к группе задач, указанных в п.1.1 и приложений, содержащих методы приближенного определения характеристик судна, программы расчетов, методику расчета ветрового давления, волнового воздействия на судно, характеристики судоподъемных понтонов и примеры решения отдельных задач.
1.3. В разделе 2 РД рассматриваются задачи, связанные с процессом снятия судна с мели:
определение опорной реакции и ее координат, расчеты по уменьшению опорной реакции и определению новых ее координат, определение необходимых усилий для снятия судна с мели разворотом за оконечность и с использованием гидродинамических сил от ветровых волн и проходящего судна, определение характеристик остойчивости судна на мели.
Вопросы определения величины стягивающих усилий для судна, находящегося на мели, в настоящее РД не включены, так как они подробно изложены в РД 31.70.04-82 "Методика определения стягивающих усилий при снятии судов с мели".
1.4. В разделе 3 РД рассматриваются некоторые задачи судоподъема: определение действующих на судно сил на всех этапах подъема, расчеты по спрямлению на грунте затопленного судна, расчеты остойчивости и посадки судна при поэтапном всплытии. Методика динамического расчета всплытия судна не приводится, так как в современных условиях производится управляемый судоподъем. При необходимости выполнения динамического расчета рекомендуется воспользоваться "Справочником специалиста аварийно-спасательной службы ММФ", часть II ВИ МО СССР М, 1963.
1.5. В разделе 4 РД рассматриваются расчеты посадки и остойчивости снятого с мели или всплывшего судна, включая случай применения судоподъемных понтонов.
1.6. В разделе 5 РД приводятся расчеты буксировки: расчет режима буксировки с помощью паспортной диаграммы буксировщика и при ее отсутствии, расчет сопротивления движению судна с учетом ветра, волн, мелководья, влияния винтов аварийного судна, а также в случае поддержки буксируемого судна судоподъемными понтонами.
1.7. При выполнении расчетов могут быть использованы точные и оценочные методики. Выбор той или иной методики зависит от количества и качества исходной информации по аварийному судну, а также от резерва времени. РД не устанавливает способы получения исходных данных. Это относится к компетенции исполнителя расчетов. Точность решения задач зависит от точности исходных данных. Погрешность приближенных формул, указанных в РД, за исключением случаев, оговоренных в тексте, не превышает 5%.
2. МЕТОДИКА РАСЧЕТОВ ПО СТАТИКЕ И ДИНАМИКЕ КОРАБЛЯ, НАХОДЯЩЕГОСЯ НА МЕЛИ (КАМНЕ)
2.1. Условные обозначения, система координат, правила знаков
2.1.1. При выполнении расчетов используются следующие основные условные обозначения:
- длина судна по ватерлинии, м;
- длина судна между перпендикулярами, м;
- ширина судна, м;
- высота борта (от плоскости киля до главной палубы), м;
- весовое водоизмещение, кН [тс];
- объемное водоизмещение, м
;
- средняя осадка, м;
- осадка при центре площади ватерлинии, м;
,
- осадка носом и кормой, м;
- площадь действующей ватерлинии, м
;
,
,
- координаты центра тяжести судна, м;
- площадь контакта судна с грунтом, м
;
,
- угол крена и дифферента, в радианах;
,
- угол крена и дифферента, в градусах;
или
;
- число тонн на 1 см осадки, т/см;
- удельный вес воды, кН/м
[тс/м
];
=9,81 кН/м
=1 тс/м
- для пресной воды;
=10,055 кН/м
=1,025 тс/м
- для морской воды;
- плотность воды, т/м
[тс·с
/м
];
=1,0 т/м
=0,102 тс·с
/м
- для пресной воды;
=1,025 т/м
=0,1045 тс·с
/м
- для морской воды;
=9,81 м/с
- ускорение силы тяжести;
,
- координаты центра площади действующей ватерлинии, м;
- коэффициент общей полноты;
- коэффициент полноты площади ватерлинии;
,
- поперечный и продольный метацентрические радиусы, м;
,
- поперечная и продольная метацентрические высоты, м;
,
,
- координаты центра величины, м;
,
- поперечный и продольный коэффициенты остойчивости, кНм [тс м];
,
- приращение крена и дифферента, рад или град.;
- равнодействующая опорной реакции грунта, кН [тс];
,
,
- координаты точки приложения равнодействующей опорной реакции грунта, м;
- объем затопленной части поврежденного отсека, м
;
- площадь поверхности жидкости в поврежденном отсеке, м
;
,
,
- координаты центра тяжести затопленного объема отсека, м;
,
- поперечный и продольный моменты инерции площади ватерлинии относительно продольной и поперечной оси, проходящей через центр площади ватерлинии, параллельной оси
, м
;
,
- принимаемый, снимаемый или переносимый груз, кН [тс] (индекс "
" относится к принимаемым (снимаемым) грузам, индекс "
" к переносимым грузам);
,
,
- координаты центра тяжести груза, м.
Обозначения и размерность дополнительных величин, не указанных в настоящем пункте, приводятся непосредственно в отдельных задачах.
Примечание. Условным обозначениям присваивается индексация:
"0" - для величин, относящихся к судну перед посадкой на мель;
"1" - для величин, относящихся к судну на мели;
"2" - для величин, относящихся к судну после снятия с мели.
2.1.2. В задачах статики и динамики корабля, рассматриваемых в настоящем РД, принята следующая основная система координат (рис.1)
Рис.1
Плоскость
совпадает с основной плоскостью (
) судна. Начало координат
находится в точке пересечения основной плоскости, плоскости мидель-шпангоута и диаметральной плоскости (
). Ось
, горизонтальная, проходит через точку
и лежит в
. Ось
проходит через точку
и является линией пересечения
и плоскости мидель-шпангоута. Ось
проходит через точку
и является линией пересечения
и плоскости мидель-шпангоута.
2.1.3. Положительные значения координат следующие:
абсциссы
- в нос от мидель-шпангоута,
ординаты
- на правый борт от
,
аппликаты
- вертикально вверх от
.
Положительные значения углов следующие:
углов дифферента
- при дифференте судна на нос, измеряемых в плоскости
,
угол крена
- при крене судна на правый борт, измеряемый в плоскости мидель-шпангоута,
угол между осью наклонения судна к
* - при повороте судна по часовой стрелке от
* - при повороте судна по часовой стрелке от
, измеряемый в плоскости действующей ватерлинии.
2.1.4. Принимаемый груз весом
считается положительным, снимаемый груз считается отрицательным.
2.1.5. Положительные значения моментов сил:
дифферентующего - при дифферентовке на нос,
кренящего - при наклонении на правый борт.
2.2. Определение потери водоизмещения и координат центра величины судна, находящегося на мели (камне)
2.2.1. Исходные данные для расчета:
,
,
,
,
,
,
,
или грузовой размер (грузовая шкала),
если судно на мели сидит с креном, то
, где
и
- осадки судна, измеренные на левом и правом борту на миделе, м.
По грузовой шкале или по приближенным формулам справочного приложения 1 определяется водоизмещение
судна на мели, сидящего прямо и на ровный киль при осадке
.
2.2.2. Потеря водоизмещения -
определяется по формуле:
, (1)
где
(2)
(3)
(4)
Коэффициенты
в формулах 3 и 4 определяются в зависимости от типа и размеров судна
,
,
формы оконечностей.
Значения коэффициентов
,
,
,
приведены в табл.1.
Таблица 1
| | | | |
Коэф- фи- циент | Типовая группа судов |
| грузовые суда среднего тоннажа  =2,0-3,2  =0,65-0,82 | танкеры и балкеры =2,2-2,8 =0,7-0,82 | накатные, контейнерные, трейлерные суда, лихтеровозы  =4,8-7,0 =2,0-5,0 =0,5-0,65 | крупнотоннажные танкеры и балкеры =2,2-3,5 =0,8-0,875 |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
Коэффициент
для судов всех типов принимается равным:
(5)
Коэффициенты
,
определяются следующим образом:
если судно имеет носовую оконечность обычных образований и транцевую корму, то
(6)
если судно имеет носовую оконечность обычных образований и крейсерскую корму, либо носовой бульб и транцевую корму, то
(7)
если судно имеет носовой бульб и крейсерскую корму, то
(8)
коэффициент
для всех судов принимается равным
(9)
2.2.3. Координаты центра величины судна после посадки на мель определяются по формулам:
; (10)
; (11)
; (12)
где
; (13)
; (14)
; (15)
, (16)
- абсцисса центра величины судна при осадке
(
определяется по кривым элементов теоретического чертежа, либо по рис.5 справочного приложения 1)
. (17)
Коэффициент
определяется по формулам:
для контейнеровозов и близких к ним по форме корпуса судов
, (18)
для судов всех остальных типов при
<0,72
; (19)
при
. (20)
Значения коэффициентов
,
,
приведены в табл.2.
Таблица 2
Значение коэффициентов формулы 15
| | | |
Тип судна | | | |
Сухогрузные многоцелевые среднего тоннажа и контейнеровозы | | | |
Танкеры, балкеры, навалочники | | | |
Быстроходные специализи- рованные (накатные и т.п.) | | 0,0 | 0,0 |
2.2.4. Формулы для определения
,
,
,
применимы при 0
Погрешность определения
,
,
по формулам п.2.2.2, 2.2.3 не более 10%.
Погрешность определения
может быть больше, в связи с малостью величины
.
2.3. Определение равнодействующей опорной реакции грунта и координат точки ее приложения
2.3.1. Исходные данные для расчета:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
.
В соответствии с 2.2 определяются
2.3.2. Равнодействующая опорной реакции грунта - определяется по формуле:
(21)
2.3.3. Координаты точки приложения равнодействующей реакции грунта
и
определяются по формулам:
, (22)
, (23)
где
, (24)
, (25)
. (26)
Аппликата
либо устанавливается по результатам водолазного обследования, либо принимается равной нулю.
2.3.4. Если судно имеет поврежденные отсеки, заполненные водой, то в формулах 21, 22, 23 вместо величин
,
,
,
подставляются величины
,
,
,
, определяемые по формулам:
; (27)
; (28)
; (29)
; (30)
где
- объем
затопленного отсека по аварийную ватерлинию, м
;
,
,
- координаты центра тяжести этого отсека, м;
- объемный коэффициент проницаемости
-го отсека.
Если нет более точных данных коэффициент
можно принимать равным:
| |
междудонные, бортовые цистерны, пустые трюмы сухогрузных судов | =0,98 |
пустые рефрижераторные трюмы | =0,93 |
трюмы с генгрузом, сыпучим грузом | =0,60 |
трюмы с рудой на неспециализированном судне | =0,80 |
трюмы с лесом | =0,35 |
машинные отделения (с ДВС, турбинами): | |
для малых судов | =0,75 |
для средних и крупных судов | =0,85-0,90 |
котельные отделения | =0,75-0,85 |
машинно-котельные отделения | =0,80 |
помещения механизмов, электростанций, технологического оборудования промысловых судов | =0,85 |
кладовые снабжения | =0,7 |
кладовые продовольствия | =0,6 |
жилые помещения | =0,95 |
2.3.5. При малых значениях величин
и
можно принять:
; (31)
; (32)
; (33)
, (34)
где
; (35)
; (36)
. (37)
2.4. Расчеты по уменьшению равнодействующей опорной реакции грунта и определению новых координат точки ее приложения. Определение посадки судна после всплытия
2.4.1. При разгрузке судна, находящегося на мели, величина реакции грунта после окончания разгрузки определяется по формуле:
. (38)
Новые координаты реакции грунта
,
определяются по формулам:
; (39)
; (40)
где
- вес
-го груза, кН [тс];
,
,
- координаты центра тяжести
-го груза, м;
- реакция грунта для судна на мели до разгрузки, кН [тс];
,
- координаты точки приложения реакции грунта до разгрузки, м.
Формулы могут использоваться при
и если новые координаты реакции находятся в пределах опорной поверхности.
2.4.2. При разгрузке судна, если
, т.е. судно всплывает после разгрузки, его посадка и начальная остойчивость определяются по нижеприведенным формулам.
Исходные данные для расчета:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
, а также кривые элементов теоретического чертежа, площадь и конфигурация площади свободной поверхности затопленных отсеков и координаты центра тяжести этой площади; коэффициенты проницаемости объемов затопленных отсеков.
Расчетные формулы для судна после разгрузки при отсутствии поврежденных отсеков:
; (41)
; (42)
; (43)
; (44)
; (45)
; (46)
; (47)
. (48)
Величины
,
,
,
,
,
определяются по кривым элементов теоретического чертежа или по справочному приложению 1 (при отсутствии кривых элементов теоретического чертежа) для водоизмещения
.
Расчетные формулы для судна после разгрузки при наличии поврежденных отсеков:
приращение осадки
; (49)
вспомогательный коэффициент
; (50)
координаты центра площади поврежденной ватерлинии
; (51)
; (52)
моменты инерции площади поврежденной ватерлинии
; (53)
; (54)
приращение координат центра величины
; (55)
; (56)
; (57)
новые коэффициенты остойчивости
, (58)
; (59)
где
, (60)
- площадь поверхности жидкости в поврежденном отсеке, м
;
,
- координаты центра тяжести площади поверхности жидкости в поврежденном отсеке, м;
,
- моменты инерции площади поверхности жидкости в поврежденном отсеке относительно осей, проходящих через ц.т. этой площади и параллельных основным координатным осям
и
, м
, (61)
; (62)
Изменение углов крена и дифферента за счет поврежденных отсеков
, (63)
, (64)
где
, (65)
, (66)
изменение углов крена и дифферента за счет разгрузки
, (67)
, (68)
углы крена и дифферента судна после снятия с мели
, (69)
; (70)
осадки судна после снятия с мели
, (71)
; (72)
. (73)
В формулах 49-73 величины, относящиеся к принятым (снятым) грузам и затопленному отсеку, характеризуют "эквивалентный" груз и "эквивалентный" отсек, которые определяются в соответствии с рекомендуемым приложением 2.
2.4.3. При разгрузке судна, если
и судно всплывает и если
и затопленные отсеки отсутствуют, остойчивость определяется по нижеприведенным формулам без использования кривых элементов теоретического чертежа в условиях посадки при
.
Исходные данные для расчета:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
(при отсутствии данных по
, принимаем
, величины
и
можно определять по справочному приложению 1).
Расчетные формулы для судна после всплытия:
, (74)
, (75)
, (76)
, (77)
, (78)
, (79)
, (80)
, (81)
, (82)
. (83)
2.4.4. Уменьшение реакции грунта может быть достигнуто дифферентовкой или кренованием. Этот метод рекомендуется применять при посадке судна на камень, а также на мель, когда судно может наклоняться относительно центра реакции либо относительно кромки мели.
При дифферентовке и креновании существенно меняется остойчивость судна. Поэтому в расчетных формулах по изменению
учтено изменение коэффициентов остойчивости
и
сидящего на мели (камне) судна. В этом случае
и
определяются по формулам:
, (84)
. (85)
Предполагая изменения посадки судна малыми, взаимное влияние крена и дифферента можно не учитывать. В связи с этим, расчет изменения реакции грунта за счет дифферентовки -
и кренования
одним и тем же грузом проводится раздельно. Результирующее значение
определяется по формуле:
. (86)
В зависимости от имеющегося объема исходной информации аварийного судна возможны три варианта расчета: точный, менее точный и упрощенный (графоаналитический).
2.4.5. Для выполнения точного расчета необходимы следующие исходные данные:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
(вес грузов
принимается со знаком "-" в точке
,
,
откуда он снимается и со знаком "+" в точке
,
,
куда он принимается, вес переносимого груза
всегда принимается со знаком "+").
Изменение реакции грунта от приема (снятия) и переноса грузов определяется по формулам:
, (87)
, (88)
- см. форм.104,
где
,
- определяются по формулам 84, 85,
,
- координаты ц.т. груза до переноса,
,
- то же после переноса груза.
Изменение углов дифферента, крена и осадок судна на мели (камне) и новые значения углов дифферента, крена и осадок судна определяется по формулам:
, (89)
, (90)
, (91)
, (92)
, (93)
, (94)
где
,
,
,
- значения углов и осадок до переноса грузов.
Изменения углов крена, дифферента, коэффициентов остойчивости, осадок судна и их значения после снятия судна с мели в результате приема (снятия) и переноса грузов определяются по формулам:
, (95)
, (96)
, (97)
, (98)
, (99)
, (100)
, (101)
, (102)
. (103)
2.4.6. Для приближенного расчета изменения реакции грунта необходимы следующие исходные данные:
,
,
,
,
,
,
,
,
(
или
),
,
,
,
,
,
,
(
или
),
(
или
),
,
,
,
,
,
,
,
(для координат до переноса и после переноса).
Изменение равнодействующей реакции грунта от приема (снятия) и переноса грузов определяется по формулам
, (104)
, (105)
, (106)
где
, (107)
. (108)
В формулах
принимается на кромке мели, вокруг которой предполагается повернуть судно (как правило, это ближняя к мидель-шпангоуту кромка). Если же судно сидит на камне, то
равна абсциссе точки касания судном камня.
Значения
,
и
,
должны быть по абсолютной величине больше величин:
, (109)
. (110)
Приращение углов крена и дифферента и новые значения углов крена и дифферента и осадок судна на мели после приема (снятия), переноса грузов определяются по формулам:
, (111)
, (112)
, (113)
, (114)
, (115)
. (116)
Приращение коэффициентов остойчивости определяется по формуле:
. (117)
Углы крена и дифферента и осадки судна после снятия с мели определяются по формуле:
, (118)
, (119)
, (120)
, (121)
, (122)
, (123)
, (124)
. (125)
2.4.7. Для экспресс-оценки результатов дифферентовки и кренования судна на мели может быть использован графо-аналитический метод расчета.
Исходные данные для расчета:
,
,
;
,
,
,
,
,
,
,
,
,
;
;
;
,
,
,
,
,
,
,
;
Эти величины определяются по судовой документации или по справочному приложению 1.
Расчет производится в следующем порядке:
определяются координаты оси наклона судна по формулам:
, (126)
; (127)
определяется реакция грунта по формуле:
; (128)
определяется точка приложения результирующей реакции грунта:
; (129)
; (130)
на плане палубы судна наносятся точки:
;
;
; через точки
и
проводится прямая ММ - линия разделения на зоны снятия и приема груза (см. рис.2);
зона, в которой находится точка
(зона снятия грузов) обозначена знаком "-", противоположная заштрихованная зона (зона приема грузов) обозначена знаком "+". Прием (снятие) груза с центром тяжести на линии ММ дополнительных наклонений судна не вызывает. В качестве угла
на рис.2 всегда принимается меньший угол между
и
, определяемый из соотношения
;
из точки
на линию
опускаем перпендикуляр
;
из центра тяжести
принимаемого (снимаемого) груза опускаем перпендикуляр
на линию
.
Рис.2
Изменение реакции грунта при приеме (снятии) груза в кН [тс] определяется по формуле:
, (131)
где
- поставляется со знаком "+" при приеме груза и со знаком "-" при его снятии; отрезки
и
в заштрихованной зоне положительные, а в незаштрихованной - отрицательные.
Изменение реакции грунта при переносе груза
определяется как сумма
- от снятия из
и
- от приема в точку
, по формуле:
. (132)
Результирующее изменение реакции по этой схеме определяется по формуле:
. (133)
Точность метода невелика. Ошибка может достигнуть 20-30%, особенно, если построения проводятся на небольшом рисунке.
Посадка и остойчивость судна после снятия с мели определятся по формулам п.2.4.5, 2.4.6.
2.4.8. При использовании пенополистирола на судне, находящемся на мели, для уменьшения реакции грунта или для уменьшения средней осадки после снятия судна с мели (при наличии ряда поврежденных отсеков), его влияние может быть учтено как снятие груза весом
.
Подъемная сила массы пенополистирола, поданная в отсек любого типа, может быть определена как разница между весом воды в отсеке до подачи пенополистирола и весом пенополистирольно-водяной смеси в отсеке после закачки пенополистирола:
, (134)*
где
- вес воды в отсеке по ватерлинию посадки судна, кН [тс];*
- вес воды в отсеке для полностью заполненного отсека, кН [тс];*
- вес пенополистирольноводяной смеси в отсеке кН [тс].
Величина
зависит от типа отсека, в который подается пенополистирол и определяется по формулам:
- для отсека первой категории (полностью затопленный отсек)
, (135)
- для отсека третьей категорий (отсек, заполненный частично и имеющий сообщение с забортной водой)
; при
, (136)
при
. (137)
В формулах:
- полный объем отсека, м
;
- объем отсека по ватерлинию, м
;
- насыпная плотность пенополистирола, кН/м
[тс/м
]
- плотность гранул пенополистирола, т/м
[тс с
/м
]
;
- масса поданного в отсек пенополистирола, т [тc с
/м].
Координаты центра тяжести пенополистирола (как координаты центра тяжести снимаемого груза) можно принимать совпадающими с центром объема отсека.
2.4.9. При использовании понтонов, плашкоутов, плавкранов и других плавсредств для уменьшения реакции грунта величина реакции после приложения усилия определяется по формуле:
; (138)
а новые координаты реакции грунта определяются по формулам
, (139)
, (140)
где
- подъемное усилие понтона, плашкоута, крана, кН [тс] в формуле 139 и 140 подставляется со знаком "-" как для снимаемого груза;
- реакция грунта для судна на мели до приложения усилий, кН [тс];
,
- координаты точки приложения реакции грунта, м;
- координаты точки приложения усилий по длине судна (принимаются в точках крепления тросов понтонов, плашкоутов, кранов или в местах обхвата тросами судна), м;
- координаты точки приложения усилий по ширине судна, принимаются в точках крепления тросов к судну, а при отсутствии креплений (при свободном обхвате тросами судна) на скуле или в точке соединения палубы с бортом.
Формулы могут использоваться при
и если полученные значения
и
не выходят за пределы опорной поверхности.
2.4.10. При использовании понтонов, плашкоутов средняя осадка судна после снятия судна с мели может быть определена графическим построением.
Для определения средней осадки необходимы следующие исходные данные:
- объемное водоизмещение судна до и после посадки на мель
и
;
- грузовой размер судна между водоизмещением
и
;
- подъемная сила понтонов, создаваемая при осадке судна на мели
(если понтоны свободно подведены и закреплены к судну, находящемуся на мели, то
может быть равной нулю).
Эта сила создается за счет погруженной продутой части понтонов;
- вес принятых или снятых грузов
с судна, находящегося на мели (при затоплении ряда отсеков, вес воды в них, с учетом коэффициента проницаемости, считается принятым грузом);
- кривая суммарного запаса плавучести понтонов выше ватерлинии их погружения после закрепления, продувки или откачки из них воды в положении судна на мели.
Определение средней осадки производится последовательными приближениями - см. рис.3 в следующем порядке:
в координатах
откладываются величины:
,
- водоизмещение и осадка до аварии;
,
- водоизмещение и осадка после посадки на мель, без учета затопленных отсеков;
между точками
и
вычерчивается грузовой размер судна (кривая 1, которую допускается заменить прямой
);
от линии
на уровне осадки
откладывается величина
влево при отрицательном значении этой величины и вправо при положительном значении этой величины;
- из точки
или
откладывается кривая запаса плавучести понтонов "
" или "
";
- точка пересечения
кривой "
" (или "
") с кривой "
" дает осадку и водоизмещение судна
,
после снятия с мели с учетом понтонов.
Рис.3
Второе и последующие приближения учитывают изменение количества воды в затопленных отсеках по ватерлинию
.
2.4.11. Определение крена, дифферента и остойчивости судна с понтонами после снятия с мели производится для системы судно-понтоны.
2.4.12. В результате выполнения ряда мероприятий на судне, находящемся на мели (разгрузка судна, осушение отсеков, продувка их воздухом, перенос грузов с целью изменения крена и дифферента, применение понтонов, использование кранов), реакция грунта и посадка судна на мели изменяется.
Определение новой реакции грунта, ее координат и посадки судна производится по формулам настоящего раздела путем последовательного применения каждого мероприятия.
В таком же порядке производится определение посадки и остойчивости судна после снятия с мели.
2.5. Определение требуемого усилия для стягивания (разворота) судна на мели
2.5.1. Определение требуемых стягивающих усилий при поступательном стягивании судна с мели, разворачивающих усилий при снятии судна с мели последовательными разворотами за оконечности, определение допустимой скорости рывка и длины разбега спасателя при снятии судна с мели рывком следует производить в соответствии с РД 31.70.04-82 "Методика определения стягивающих усилий при снятии судов с мели".
2.5.2. Определение сил ветрового и волнового давления на судно, находящееся на мели, может быть выполнено упрощенным способом, приведенным в РД 31.70.04-82 (подпункты 2.6 и 2.7) или в соответствии с рекомендуемыми приложениями 5 и 6 настоящей методики.
2.5.3. Определение требуемого усилия для разворота судна на мели за оконечность, при разных вариантах крепления буксирного троса, может быть выполнено с помощью ЭВМ. Программа расчета "АС-2М" приведена в рекомендуемом приложении 3.
При разработке программы принималось, что буксирный трос расположен перпендикулярно
судна и горизонтален. Программа предусматривает разные плечи
закрепления троса (по одному для носовой и кормовой оконечностей) и по два направления разворачивающего усилия,
(на правый борт и на левый борт) для каждой из оконечностей. Если вариантов
больше двух, следует заново ввести в память ЭВМ исходные данные с новой парой
.
Алгоритм построен в предположении достаточного удлинения мели (
) - отношения длины опорной поверхности к ее ширине. Боковое сопротивление грунта развороту не учитывается, поскольку предполагается, что грунт у борта предварительно (до выполнения маневра разворота) убран.
Для выполнения расчета должны быть заданы:
- реакция грунта
и ее абсцисса
(если проводилась разгрузка судна, то эти величины должны соответствовать разгруженному судну);
- абсолютные значения абсцисс кормовой и носовой кромок мели
и
относительно мидель-шпангоута (рис.4);
- коэффициент трения опорной поверхности
в предположении ее горизонтальности;
- плечи крепления буксирного троса: носового - относительно кормовой кромки мели
, а кормового - относительно носовой кромки мели
;
- характеристики посадки судна
,
,
,
;
- угол
килеватости днища в районе приложения реакции грунта (для крупных судов с малым углом подъема днища можно принять
=0). При контакте с грунтом правым бортом
>0, левым бортом -
<0;
- вместо
и
можно использовать (определенный по замерам глубин) угол поперечного уклона мели
.
Схема к подготовке исходных данных для расчета разворачивающего усилия по программе АС-2М
Рис.4
Исходные данные к программе "АС-2М" подготавливаются на перфокартах. Порядок их записи, в соответствии с программными обозначениями, следующий:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
.
Вместо (
) в расчет удобно ввести значение
, если этот угол может быть определен.
Форматы записи исходных данных приведены в программе и инструкции к ней.
В результате расчета указываются четыре варианта значений
и положений точки разворота - при развороте за нос на глубокую и на мелкую воду, и то же - при развороте за корму.
2.5.4. В практике аварийно-спасательных работ может оказаться, что имеющихся усилий буксировщиков недостаточно для разворота судна. В этих случаях можно произвести перегрузку судна (прием, снятие, перемещение вдоль судна каких-либо грузов), уменьшив потребное разворачивающее усилие до заданного, равного тяговому усилию буксиров
.
Разные варианты, в которых изменяется вес перегружаемого груза
и определяются соответствующий дифферентующий момент
, положение точки разворота, а также новые значения результирующей реакции грунта и координату ее по длине судна, рассчитываются по программе "АС-6А" см. рекомендуемое приложение 4.
Алгоритм программы основан на тех же допущениях, что и алгоритм программы "АС-2М". Расчеты производятся для четырех вариантов разворота. Для каждого из них определяются при 20 значениях
соответствующие значения
,
,
,
и печатаются в виде четырех таблиц вариантов.
Если требуемое значение
, такой вариант не печатается. Не печатается также вариант, в котором
. Если все 20 вариантов таблицы не могут быть приняты по этим критериям, печатается сообщение об отсутствии решения. В таком случае следует обеспечить более высокое значение
.
Оценка вариантов решений позволяет определить тот из них, при котором прием или снятие груза не происходит (
=0). В этом случае следует лишь создать дифферентующий момент
за счет перемещения части грузов
вдоль аварийного судна на расстояние
. Названное решение существует, если в таблице вариантов имеются значения
с разными знаками. Соответствующий
можно определить, построив график значений
в функции от
по трем (лучше по четырем) вариантам решения вблизи области перемены знака
(см. рис.5).
Способ определения дифферентующего момента по данным расчета по программе АС-6А, если
Рис.5
Если удобно переместить груз весом
, то
.
Для выполнения расчета должны быть заданы:
- абсциссы точек крепления буксирного троса (относительно мидель-шпангоута и с учетом правила знаков)
и
- носовой и кормовой соответственно;
- тяга буксиров
.
Исходные данные к программе "АС-6А" подготавливаются на перфокартах в соответствии с инструкцией.
Порядок записи их с соответствующим программным обозначением следующий:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
или
(это лучше),
,
название судна*
В результате расчета строятся для четырех вариантов разворота таблицы значений
,
,
,
,
.
Значение
можно найти суммированием:
.
2.6. Определение характеристик остойчивости аварийного судна
2.6.1. Расчет остойчивости аварийного судна на мели (камне) производится в следующем порядке:
- по формулам и рекомендациям п.2.2 определяются: потеря водоизмещения
, координаты
и
, а также координаты точки приложения реакции грунта
и
:
- восстанавливающий момент определяется по формуле:
(141)
Если судно сидит на мели или камне прямо, то можно по упрощенной формуле определить поправку к начальной поперечной метацентрической высоте
. (142)
Если в результате аварии на судне появилось
отсеков, имеющих свободную поверхность, восстанавливающий момент определяется по формуле:
, (143)
где
,
- соответственно удельный вес жидкости в
-ом отсеке и момент инерции площади ее свободной поверхности вокруг продольной оси, проходящей через центр тяжести,
- момент, вычисленный по формуле 146.
2.6.2. При разгрузке судна водоизмещение, координаты центра величины и центра тяжести судна и координаты точки приложения реакции грунта изменяются, поэтому после разгрузки восстанавливающий момент определяется по новым значениям
2.6.3. При использовании пенополистирола на аварийном судне, он считается принятым грузом, вес которого определяется по формулам 135-137.
Влияние свободной поверхности жидкости в отсеках, куда закачивается пенополистирол, принимается таким же, как и при наличии в них только воды.
2.6.4. При расчете остойчивости аварийного судна на мели, поддерживаемого понтонами, определяется поправка к начальной поперечной метацентрической высоте по формуле:
, (144)
где
- площадь ватерлинии понтона, м
;
- отстояние центра тяжести площади ватерлинии понтона от
, м.
При этом предполагается, что понтоны закреплены симметрично относительно
.
Восстанавливающий момент аварийного судна, поддерживаемого понтонами определяется по формуле:
(145)
где
и
- подъемная сила понтонов, правого и левого бортов, кН [тс];
,
,
,
- ординаты и аппликаты точек крепления понтонов к корпусу судна на правом и левом борту, м;
и
- углы между бортом судна и тросом, рис.9, рад.
Восстанавливающий момент, действующий на судно, поддерживаемое краном, определяется по формуле (см. рис.10):
(146)
где
- грузоподъемность крана, кН [тс];
,
- углы, определение которых производится по рис.10
Схема расположения и крепления понтонов в системе судно-понтоны
Рис.6
Схема застропки судна краном
Рис.7
3. МЕТОДИКА РАСЧЕТОВ ПО СТАТИКЕ И ДИНАМИКЕ КОРАБЛЯ ПРИ СУДОПОДЪЕМЕ
3.1. Классификация и расчет сил, действующих на поднимаемое судно на всех этапах подъема. Условные обозначения
3.1.1. Всплывающее судно, вне зависимости от методов подъема, представляет собой свободную систему (судноподъемные средства) или одно тело, движущееся под действием сил веса, сил поддержания, инерционных и демпфирующих сил. При нахождении корабля на грунте к этим силам добавляются силы взаимодействия судна с грунтом (отрывное сопротивление).
3.1.2. В разделе 3, дополнительно к разделу 2, вводятся следующие обозначения:
- масса оборудованного корпуса, включая массу главных генераторов и относящегося к ним оборудования, а также систем и обслуживающих их механизмов, т;
- масса стали в составе корпуса, т;
- масса оборудования, т;
- масса стали основного корпуса, т;
- масса стали надстроек, т;
- масса стали основного блока рубок, т;
- масса бульба, т;
- увеличение массы судна при поперечном наборе, т;
- увеличение массы при наличии двойных бортов, т;
- увеличение массы корпуса при ледовых подкреплениях, т;
- масса машинной установки, т;
- масса порожнего судна, т;
- подъемная масса судна, т;
- отрывное сопротивление, кН [тс];
- фильтрационное сопротивление, кН [тс];
- сопротивление трения судна о грунт, кН [тс];
- сопротивление зарывшихся в грунт выступающих частей судна, кН [тс];
,
,
- момент сил сопротивления, фильтрующих, трения, выступающих частей, кН·м [тс м].
3.1.3. Масса судна порожнем определяется по формуле
. (147)
3.1.4. Масса стального корпуса определяется по эмпирической формуле:
, (148)
где
(149)
(150)
- приведенная высота борта, м (151)
,
- ординаты седловатости на носовом и кормовом перпендикулярах, м;
, (152)
=0,25 - при незначительном развале шпангоутов,
=0,50 - при значительном их развале.
- коэффициент массы, определяемый по формуле
, (153)
или по графикам рис.8 в зависимости от типа и длины судна.
Зависимость коэффициента массы
от длины судна
Рис.8
Поправочные коэффициенты определяются по следующим формулам:
(154)
(155)
(156)
(157)
(158)
, (159)
где
- число палуб;
- коэффициент полноты мидель-шпангоута.
Если судно имеет бульб, то его вес определяется по формуле:
. (160)
Наличие мачт и грузовых колонн учитывается в зависимости от дедвейта судна по графику рис.9. Топливные танки в машинном отделении и диптанки в пределах грузового пространства увеличивают массу основного корпуса
в соответствии с табл.3.
Зависимость массы мачт и колонн от дедвейта судна
Рис.9
Таблица 3
Масса конструкций топливных танков и диптанков
| | |
Дедвейт судна, т | Емкость танков, м | Масса конструкций, т |
5000 | 1000 | 50 |
10000 | 2000 | 70 |
15000 | 3000 | 90 |
Масса основного корпуса должна быть умножена на коэффициент
, принимаемый равным:
| |
при поперечной системе набора | =1,025 |
при наличии двойных бортов | =1,07 |
при ледовых подкреплениях: | |
категории Л3 | =1,04 |
категории Л2 | =1,06 |
категории Л1 | =1,08 |
категории УЛ | =1,10 |
категории УЛА | =1,14 |
3.1.5. Масса стали надстроек определяется по эмпирической формуле:
, (161)
где
- число надстроек.
Масса каждой надстройки определяется в зависимости от ее объема
по формуле
(162)
Относительная масса
рассчитывается в зависимости от длины судна
и высоты надстройки
по рис.10 и 14* для бака и юта соответственно.
Относительная масса стали для бака
Рис.10
Рис.11
3.1.6. Масса стали основного блока рубок высотой 2,6 м вычисляется по формуле:
, (163)
где
- общий внутренний объем рубок;
=60 кг/м
- при расположении первого яруса рубок на верхней непрерывной палубе основного корпуса;
=58 кг/м
- при размещении рубок над надстройками.
3.1.7. Масса оборудования
рассчитывается по формуле:
(164)
, (165)
где
,
- длина и высота надстроек;
- определяется по рис.12 для двухпалубных судов с учетом степени раскрытия палубы, определяемой отношением
, где
- ширина грузового люка. В случае большего (меньшего) числа палуб следует
увеличить (уменьшить) на (7-10)%.
Зависимость измерителя массы оборудования
от кубического модуля
двухпалубных судов
I - зона судов с умеренным раскрытием палубы:
II - зона судов с большим раскрытием палубы:
Рис.12
3.1.8. Масса машинной установки определяется по формуле:
, (166)
где
- мощность машинной установки в л.с.;
- удельная масса машинной установки принимается по табл.4.
Таблица 4
| | | |
Номинальная мощность, л.с. | Удельная масса машинной установки , кг/л.с. |
| установка дизельная малооборотная с непосредственной передачей на винт | установка дизельная среднеоборотная с понижающей передачей | паротурбинная установка |
4000 | 73 | 55 | - |
6000 | 68 | 51 | - |
8000 | 65 | 49 | - |
10000 | 63 | 47 | 46 |
12000 | 61 | 46 | 45 |
14000 | 58 | 45 | 44 |
16000 | 57 | 44 | 43 |
18000 | 55 | 43 | 41 |
20000 | 53 | 42 | 40 |
22000 | 53 | 41 | 40 |
30000 | 52 | 41 | 38 |
При промежуточном расположении машинного отделения массы увеличиваются для дизельных установок на 3%, для турбинных установок - на 5%.
При прочих равных условиях массы двухвальных установок увеличиваются на 10%.
3.1.9. Массы груза, запасов топлива, смазочных масел, технической воды, бытовой пресной воды, снабжения рассчитываются по результатам водолазного обследования аварийного судна.
3.1.10. Координаты центра тяжести груза, снабжения, топлива, пресной воды в танках определяются по результатам водолазного обследования аварийного судна. Координаты ЦТ судна порожнем определяются приближенным способом.
3.1.10.1. Абсцисса центра тяжести судна порожнем от миделя определяется по формуле:
, (167)
где
и
- абсциссы соответствующих статей нагрузки, м, взятые от кормового перпендикуляра,
при
; (168)
при
; (169)
, (170)
где
- абсцисса носовой переборки машинного отделения, м, взятая от кормового перпендикуляра;
- длина машинного отделения, м.
3.1.10.2. Аппликата центра тяжести судна порожнем в метрах может быть приближенно определена по рис.13 для наливных судов и рис.14 для промысловых судов. Для сухогрузных судов
определяется в зависимости от
.
при
при
при
при
при
Возвышение центра тяжести наливных судов над основной
Рис.13
Возвышение центров тяжести промысловых судов над основной
Рис.14
3.1.10.3. Приращение координат центра тяжести судна от смещения груза определяются по формулам:
; (171)
; (172)
, (173)
где
,
,
,
- вес
-го сместившегося груза и приращение координат его центра тяжести в результате смещения.
За исключением отдельных крупных грузов, смещение которых может быть обнаружено при водолазном обследовании, остальные значения
,
,
,
определяются ориентировочно, как вероятные, при возникновении у корабля крена и дифферента.
3.1.11. При определении подъемного веса судна следует рассматривать два случая:
судно не полностью погружено в воду и имеет выступающие из воды части корпуса,
судно полностью погружено в воду и полностью затоплено забортной водой.
В первом случае расчеты по судоподъему осуществляются как и при снятии судна с мели - см. раздел 2.
Во втором случае подъемный вес, кН [тс], судна определяется по формуле:
, (174)
,
где
- масса
-той составляющей нагрузки, т;
- коэффициент потери веса в воде груза массой
с плотностью
.
Значения коэффициента потери веса в воде для различных материалов принимаются по табл.5.
Таблица 5
| |
Материал | Коэффициент потери веса в воде  |
Металл | 0,13 |
Легкие сплавы | 0,37 |
Дерево | 1,0 |
Жидкое топливо, вода, масло | 1,0 |
Твердое топливо (уголь) | 0,75 |
Цемент, краска, изоляция | 0,40 |
Грунт в отсеках корабля | 0,50 |
Перевозимые грузы | В зависимости от характера груза |
Если в полностью погруженном судне имеются отсеки, не затопленные водой, то силы плавучести
(кН [тс]) этих отсеков определяются по формуле
, (175)
и включаются в расчетную подъемную силу с соответствующими координатами их центров тяжести.
Расчет подъемного веса производится в табл.6.
Таблица 6
Определение массы, координат Ц.Т. и подъемного веса судна
| | | | | | | | | | |
Составляющие нагрузки судна | В воздухе | В воде |
| Масса , т | , м |  , тм |  , м |  , тм | | 1-VII |  , тс |  , тсм |  , тсм |
I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI |
1. Корпус с оборудова- нием: | | | | | | | | | | |
масса стали корпуса | | | | | | | | | | |
масса оборудования | | | | | | | | | | |
2. Машинная установка | | | | | | | | | | |
Судно порожнем (1  2) | | | | | | | | | | |
3. Снабжение | | | | | | | | | | |
4. Топливо | | | | | | | | | | |
5. Пресная вода в танках | | | | | | | | | | |
6. Грузы | | | | | | | | | | |
Суммы (1+6) | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | |
3.1.12. Отрывное сопротивление приближенно определяется по формуле:
, (176)
где
- коэффициент силы присоса, принимаемый по табл.7 в зависимости от вида грунта.
Таблица 7
| |
Характер грунта | Коэффициент |
Скала с галькой и песком | 0-0,05 |
Крупный песок | 0,05-0,10 |
Галька с песком | 0,10-0,15 |
Мелкий песок | 0,15-0,20 |
Слой ила и под ним мягкая глина | 0,15-0,20 |
Ил с плотной и вязкой глиной | 0,20-0,25 |
Вязкая плотная глина с песком и ракушей | 0,25-0,45 |
Точка приложения силы отрывного сопротивления принимается на одной вертикали с точкой приложения подъемного веса
. В этом случае подъемный вес, учитывающий отрывное сопротивление, определяется по формуле:
(177)
Более точно точка приложения
может быть найдена, если известна конфигурация площади присоса. В этом случае, эта точка практически совпадает с центром площади присоса, если грунт однородный.
3.1.13. Определение сил поддержания, инерционных и демпфирующих сил, а также подъемных сил, прилагаемых к судну, производится в зависимости от условий конкретного судоподъема и приводится ниже.
3.2. Расчеты по спрямлению затопленных судов, лежащих на грунте
3.2.1. Условия спрямления накрененного судна, лежащего на грунте, имеет вид неравенства
, (178)
где
- спрямляющий момент относительно мгновенной оси вращения, кН м [тс·м];
- кренящий момент относительно мгновенной оси вращения, кН м [тс·м].
3.2.2. Расчет спрямления судна, лежащего на твердых неподатливых грунтах, производится по следующим формулам:
кренящий момент определяется по формуле:
, (179)
где
(180)
