ПЛАВАНИЕ НА ПОПУТНОМ ВОЛНЕНИИ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ СУДОВОДИТЕЛЕЙ КОМПЕТЕНЦИЯ : МАНЕВРИРОВАНИЕ СУДНА
ПЛАВАНИЕ НА ПОПУТНОМ ВОЛНЕНИИ ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. Опасные явления на попутном волнении. 2. Потеря остойчивости 3. Параметрическая качка. 4. Брочинг. 5. Рекомендации при штормовании на попутном волнении. 6. Рекомендации IMO. 7. Изменение курса в штормовых условиях. 8. Меры по обеспечении безопасности при плавании в шторм.
ОПАСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ПОПУТНОМ ВОЛНЕНИИ При плавании судна в условиях шторма на попутном волнении или волнении с кормовых курсовых углов характеристики его основных мореходных качеств (остойчивости, качки и управляемости) существенно изменяются. В определенных случаях эти изменения могут иметь опасный характер и привести к возникновению аварийной ситуации или опрокидыванию судна. Аварии обычно предшествует одно из следующих трех явлений или их комбинация: 1. Значительное уменьшение или потеря поперечной остойчивости прохождении вершины волны вблизи миделя судна. Наиболее опасным в этом отношении является движение на волнах, длина λ и скорость с которых близки, соответственно, к длине L и скорости V судна. В этом случае время t пребывания в зоне с пониженной (ниже опасного уровня) остойчивостью может оказаться существенно больше, чем время, необходимое судну для опасного наклонения. Основными признаками недостаточной остойчивости являются: − неожиданное увеличение крена при нахождении вершины отдельных волн вблизи миделя судна, существенно превышающее значение предшествующих углов статического крена или амплитуд бортовой качки; − длительное наклонение судна на борт; − задержка (зависание) в положении максимального крена и медленное возвращение в исходное состояние. 2. Основным признаком основного или параметрического резонансов бортовой качки являются значительное возрастание амплитуд бортовой качки судна, когда ее период T приблизительно равен (основной резонанс) или вдвое превышает (параметрический резонанс) кажущийся период волны τ’. 3. Захват волной, потеря управляемости и самопроизвольный неуправляемый разворот судна лагом к волне — брочинг. Наиболее опасным является захват на переднем склоне волн. Брочингу в основном подвержены быстроходные или малые суда. Основными признаками брочинга являются: − значительные колебания скорости за время прохождения волны относительно судна, его тенденция к разгону на переднем склоне попутной волны; − ухудшение устойчивости на курсе и стремление судна развернуться лагом к волне; − увеличение скорости и амплитуд перекладки руля, потребных для удержания на курсе (судно плохо слушается руля). Для предотвращения брочинга рекомендуется: • иметь скорость менее 0, 6 ─ 0, 7 от скорости распространения опасных волн; • не допускать статического дифферента на нос; • в случае опасности захвата судна волной резко сбавить скорость, в критических случаях — кратковременно дать задний ход, чтобы возможно скорее уменьшить скорость до безопасной, не теряя при этом способности управляться.
ПОТЕРЯ ОСТОЙЧИВОСТИ При курсе по направлению бега волн возможно опасное понижение остойчивости и управляемости судна (особенно небольшого тоннажа). Увеличивается рыскливость, судно хуже слушается руля. При положении судна на вершине волны уменьшается его момент инерции площади ватерлинии(рисунок вверху вправа), а следовательно и остойчивость формы. На качке происходит также периодическое уменьшение поперечной метацентрической высоты и восстанавливающего момента при выходе судна на вершину волны( рисунок вверху слева). На рисунке внизу слева показан пример диаграмм остойчивости судна при разной начальной метацентрической высоте на тихой воде. Видно, что на вершине волны остойчивость судна может стать отрицательной. При качке на встречном волнении вследствие малого периода качки судно не успевает приобрести опасный для остойчивости крен. Однако на попутном волнении, при близких скоростях судна и волн, судно находится на вершине волны длительный отрезок времени, в течение которого оно может опасно накрениться и опрокинуться. Курсовой угол волн, при котором уменьшается остойчивость, находится в пределах 180— 135°, а опасной является волна с длиной 60— 120 % длины судна. В этом случае возможно опрокидывание судна. Пример потери остойчивости накатного судна на вершине попутной волны показан на рисунке внизу справа. При длине волны меньше длины судна возможна значительная килевая качка с оголением гребных винтов, особенно, если скорость судна меньше скорости движения волны. Ватерлиния судна Изменение диаграммы статической остойчивости судна на волнении Примеры диаграммы статической остойчивости судна Потеря остойчивости и опрокидывание судна типа «ро-ро» на попутном волнении
ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ КАЧКА Продольная качка судна на встречном волнении может привести к возбуждению бортовой качки и даже к опрокидыванию судна. Такое явление называют параметрическим или субгармоническим резонансом. Оно возможно при двух основных условиях: 1) собственный период бортовой качки τ4 кратен периоду продольной качки τ (как правило: τ4 = 2τ); 2) существенный развал бортов в носовой оконечности. Из формул можно вывести приближённое выражение для относительной скорости судна, соответствующей резонансам: Субгармоническая бортовая качка происходит следующим образом. При входе носовой оконечности во встречную волну возникает вертикальная гидродинамическая реакция (бортовой слеминг). Если при этом судно имеет небольшой крен или угол к волнению, обусловленный рысканием, удар волны в носовой развал борта несимметричен и вызывает кренящий момент и бортовую качку. При входе носом в следующую волну, если τ4 = 2τ, в результате бортовой качки судно будет иметь крен на противоположный борт. Произойдёт новый удар в развал носа с другого борта. Если частота нагрузки от переменного воздействия волн в разные борта носовой оконечности совпадает с собственной частотой бортовой качки, наблюдается параметрический резонанс. Росту бортовой качки способствует также периодическое уменьшение поперечной метацентрической высоты и восстанавливающего момента при выходе судна на вершину волны. Если судно не находится в статическом положении относительно волн, то возможна его потеря остойчивости вследствие возбуждения бортовой качки и основного или параметрического резонанса и на попутном волнении тоже. Резонансная скорость может быть получена из условия с учетом того, что
ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ КАЧКА Развитие параметрической качки Моделирование параметрической качки Потеря остойчивости судна в результате параметрической бортовой качки на волнах с кормовых курсовых углов
БРОЧИНГ Попутная волна может быть опасна не только из-за непосредственного снижения остойчивости на гребне волны, но и вследствие ухудшения управляемости. С недостаточной плавучестью носа большой навал волны на транец может поднять корму, при этом нос зарывается в воду. Происходит захват судна волной, потеря управляемости и самопроизвольный разворот судна лагом к волне. Такое явление называется брочинг. Брочинг имеет две основные фазы: 1) захват судна волной; 2) разворот судна, потерявшего устойчивость на курсе, лагом к волнению. К брочингу часто склонны малые суда, имеющие длину менее 50 м и широкий транец. Наиболее опасным является захват на переднем склоне попутных волн, имеющих длину больше 0, 6 – 0, 8 длины судна. При этом обычно скорость волны больше скорости судна и поэтому судно не слушается руля. Это вызвано тем, что при равенстве скоростей движения судна и волны прекращается обтекание пера руля потоком воды, а попутный поток вызывает на руле момент, стремящийся развернуть судно. В таком состоянии судно, находясь на границе устойчивости движения, получает случайное возмущение и резко разворачивается лагом к волне. Это может привести к опрокидыванию. Если на длинных волнах (больше 0, 6 – 0, 8 длины судна) скорость судна больше скорости волн, то оно захвачивается задним склоном волны. Этот захват проявляется в том, что судно не может преодолеть волну даже на повышенных оборотах двигателя. При этом судно устойчиво держится на курсе. Выход судна из захваченного состояния возможен либо после разворота его лагом к волнам (этот вариант опасен, так как может привести к опрокидыванию судна), либо снижением скорости (иногда для выхода из этого состояния приходится давать задний ход). Разворот судна, имеющего малую скорость, лагом к волнению возможен и без захвата его волной. На рисунках показано, что силы поддержания на подошве волны вызывают сильное рыскание против часовой стрелки, а на вершине волны - слабое рыскание по часовой стрелке. Таким образом, при прохождении нескольких волн судно постепенно разворачивается к положению лагом к волнам.
БРОЧИНГ Наибольший брочинг характерен для прямоугольного понтона. Более узкие нос и корма уменьшают гидростатический момент волнового рыскания. Экспериментально установлено, что наиболее опасен брочинг на волнах длиной 1, 0 – 1, 3 от длины судна. Условиям возникновения этого явления способствуют дифферент судна на нос и малая осадка (порожнее судно). Силы поддержания на подошве и на вершине волны при продольной качке судна Силы поддержания и рыскания на подошве и на вершине волны при качке судна под углом 45 град к волнам Влияние полноты корпуса судна на момент, вызывающий рыскание (цветом залито водоизмещение судна на подошве волны в положении под углом к волнам) Захват судна волной Опрокидывание модели судна при брочинге
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРИ ШТОРМОВАНИИ НА ПОПУТНОМ ВОЛНЕНИИ
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРИ ШТОРМОВАНИИ НА ПОПУТНОМ ВОЛНЕНИИ ВЫВОДЫ. 1. Следует избегать штормования по волне, когда скорость волны близка к скорости судна, а длина волны близка к длине судна. 2. Нельзя обгонять волну, если длина судна и волны близки. Скорость судна должна быть значительно снижена.
РЕКОМЕНДАЦИИ IMO Согласно IMO MSC/Circ. 707. 19 October 1995/ Ref. T 1/2. 04/ GUIDANCE TO THE MASTER FOR AVOIDING DANGEROUS SITUATIONS IN FOLLOWING AND QUARTERING SEAS при плавании на попутном волнении даны следующие рекомендации: The following and quartering seas mean here that the wave direction relative to the ship course is within 0º to 45º from the ship's stern, as shown in figure 1. How to avoid dangerous conditions. 1 For surf-riding and broaching-to. The master should reduce ship speed to less than 1. 8√ L (knots) to prevent surf-riding, referring to figure 2. It should be noted that even in lower ship speed than that specified above the dangerous large surging can occur as shown in figure 2. Since a remarkable surging acceleration with long period is a sign of the dangerous large surge motion, the master should reduce the speed in such case, too. . 2 For successive high wave attack When the average wave length is larger than 0. 8 x ship length and the significant wave height is larger than 0. 04 x ship length, and at the same time some indices of dangerous behaviour of the ship can be clearly seen, the master should pay attention not to enter in the dangerous zone as indicated in figure 3. When the ship is situated in this dangerous zone, the ship speed should be reduced to prevent successive attack of high waves. The course change is also possible in order to escape this zone. However, large course change is undesirable, because it may induce an adverse effect by approaching to the beam sea condition which is also dangerous for stability. The combination of appropriate speed reduction with a slight change of course will be another possible choice of ship handling according to figure 3. When the encounter wave period is nearly equal to double (i. e. about 1. 5 -2. 8 times) of the observed wave period, the ship is considered to be situated in this dangerous zone. This relation is indicated in figure 3. . 3 For synchronous rolling and parametric rolling motions The master should prevent a synchronous rolling motion which will occur when the encounter wave period TE is nearly equal to the natural rolling period of ship TR. Large rolling motions which occur under the condition of TE≈TR/2, that is the parametric rolling should be also prevented. The encounter wave period TE is a function of V/T as shown in figure 3. By using this relation, the master can know whether his ship will encounter the synchronous and parametric rolling or not. When reducing speed in order to avoid any of above critical conditions, the master should take into consideration the minimum speed required for maintaining course control in waves and wind. The procedures to execute the operation guidance is represented by the"Operation diagram for the master", which is shown in the appendix.
РЕКОМЕНДАЦИИ IMO
ИЗМЕНЕНИЕ КУРСА СУДНА В ШТОРМОВЫХ УСЛОВИЯХ Поворот судна в штормовую погоду — очень ответственный и опасный маневр. Иногда он совершенно необходим при изменении условий штормовой обстановки, расхождении в соответствии с МППСС, возникновении опасности по курсу или в силу других причин навигационного или эксплуатационного характера. Для любого судна, в зависимости от условий и степени шторма поворот на другой курс связан с целым рядом неприятных или даже опасных обстоятельств: усилением качки, зарыванием в волну, попаданием на палубу больших масс воды и др. Перед началом поворота экипаж должен быть извещен об этом. Чтобы успешно осуществить поворот на крупном волнении, необходима правильная оценка обстановки и хорошее знание мореходных качеств судна. Кроме того, надо правильно выбрать момент начала маневра и быстро завершить поворот. Поворот осуществляют, когда установлена периодичность больших и малых волн. Это позволит весь поворот или часть его сделать в течение относительно спокойного периода. Если судно держится на малом ходу носом против волны и нужно развернуться, чтобы идти с попутной волной, следует начать поворот до наступления относительно спокойного периода, чтобы судно стало лагом к волне в момент ее наступления. Первую половину разворота необходимо выполнить с переложенным на борт рулем. Машина временами должна работать полным ходом, но так, чтобы судно не увеличивало хода. Закончить поворот нужно как можно быстрее. Если судно идет с попутной волной и нужно развернуться носом против волны, необходимо уменьшить ход и выбрать наиболее удобный момент для начала маневра так, чтобы сделать последнюю половину разворота в течение относительно спокойного периода. Первую половину разворота рекомендуется сделать при возможно меньшем переднем ходе судна, а вторую осуществить с помощью машины, периодически работающей на полный ход в течение короткого периода. Для обеспечения безопасного маневрирования следует помнить, что запрещено вести судно на большой скорости при встречной волне и на большой скорости при волне в корму, особенно когда длины судна и волн почти одинаковы. Чтобы исключить резонанс периода волн с периодом бортовой качки судна при следовании лагом к волне следует возможно чаще менять курс.
МЕРЫ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ СУДНА ПРИ ПЛАВАНИИ В ШТОРМ Практические рекомендации сводятся к следующему: а) при волне от носовых румбов необходимо снижать скорость движения судна до разумных пределов, чтобы не было захвата судна волной; б) при плавании на волнении с длиной волны, близкой к длине судна необходимо соблюдать особую осторожность: − при встречном волнении необходимо уменьшить скорость и изменить курсовой угол волны, чтобы найти такое положение судна, при котором оно ведет себя спокойнее; в этом случае требование о равномерной загрузке судна с облегчением концевых трюмов и танков должно очень строго соблюдаться; − при попутном волнении возникает угроза значительной потери остойчивости, что может явиться причиной опрокидывания и гибели судна; скорость движения судна должна быть уменьшена; − особо опасными являются моменты, когда судно находится на гребне волны и когда нос и корма судна одновременно находятся на гребнях волн, скорость движения судна в этих случаях должна быть уменьшена и изменен курсовой угол волны; в) следует проявлять особую осторожность в процессе удержания судна на курсе и при выполнении поворотов: − перейти на ручное управление; − избегать резких перекладок руля; − осуществлять большие перекладки руля для удержания судна на курсе; − знать, что выполнение поворотов связано с рядом опасных последствий: усиление качки, зарывания в волну, увеличение крена (заливание палубы); при выполнении поворота, особенно на большой угол, следует учитывать, что положение судна лагом к волне должно быть пройдено тогда, когда условия волнения наименьшие (затишье); − если судно идет курсом против волны, то следует рассчитать поворот так, чтобы положение лагом к волне судно прошло до подхода следующей серии высоких волн; в этом случае необходимо учитывать, что после того, как судно пройдет положение лагом к волне, оно может получить сильный удар в кормовую часть; − если судно идет по волне, то поворот на курсы против волны не следует совершать с увеличением хода, чтобы не было резких ударов в носовую часть; приводить судно на новый курс следует на небольших скоростях, чтобы иметь возможность проверить поведение судна на разных курсах относительно волн.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОСТОЙЧИВОСТИ МАЛОТОННАЖНЫХ СУДОВ
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОСТОЙЧИВОСТИ МАЛОТОННАЖНЫХ СУДОВ
ПЛАВАНИЕ НА ПОПУТНОМ ВОЛНЕНИИ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие опасные явления для судна могут возникнуть при плавании на попутном волнении? 2. Почему происходит уменьшение остойчивости при плавании на попутном волнении? 3. Что такое «параметрическая качка» и как она происходит? 4. Что такое «брочинг» и почему он происходит? 5. Каковы два принципиально различных способы штормования по волне? 6. Какого режима плавания при штормовании по волне следует избегать? 7. Чего нельзя делать, если длина волны близка к длине судна? 8. Как следует делать поворот при штормовании?
ПЛАВАНИЕ НА ПОПУТНОМ ВОЛНЕНИИ Используемая литература. 1. Козирь Л. А. , Аксютін Л. Р. Керування суднами в шторм. – Вид. 3 -у. випр. І доп. – Одеса. – Фенікс, 2006 – 218 с. 2. К. В. Казанский, И. Г. Филиппов. Штормование судов – Москва– Транспорт, 1968 – 109 с. 3. Гордиенко А. И. , Захарьян Р. Г. Плавание судов в особотяжких погодных усдовиях. Учеб. Пособие. – СПб. : ГМА им. Адм. Макарова, 2004. – 98 с. 4. Липис В. Б. , Ремез Ю. В. Безопасные режимы штормового плавания судов. Справочно-практическое пособие. – Москва: Транспорт, 1982. -117 с. 5. Шарлай Г. Н. Управление морским судном. / Шарлай Г. Н. - Владивосток. : Мор. Гос. ун-т, 2009. -503 с. 6. Чижиумов, С. Д. Основы динамики судов на волнении: учеб. пособие / С. Д. Чижиумов. – Комсомольск-на. Амуре : ГОУВПО «Кн. АГТУ» , 2010. − 110 с 7. Ярисов В. В. Особенности эксплуатации малотоннажных судов на попутном волнении в условиях палубы в свете обеспечения безопасности мореплавания: Учебное пособие. – СПб. : Судостроение, 2003. – 48 с. , ил. 8. IMO MSC/Circ. 707. 19 October 1995/ Ref. T 1/2. 04/ GUIDANCE TO THE MASTER FOR AVOIDING DANGEROUS SITUATIONS IN FOLLOWING AND QUARTERING SEAS Подготовил Доцент кафедры УС и БЖД на море ХГМА К. Д. П. , К. Т. Н. Товстокорый О. Н.
Скачать презентацию ПЛАВАНИЕ НА ПОПУТНОМ ВОЛНЕНИИ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ СУДОВОДИТЕЛЕЙ
Плавание на попутном волнении.ppt