автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.01, диссертация на тему:Динамика судна со смещающимися грузами при больших наклонениях

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК. 629.12:532.5

Г А Р Ь К А Е Владимир Васи.;

На правах рукописи

Динамика судна со смещающимися грузами при больших наклонениях

05.08.01 — «теория корабля»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ленинград — 1091

Работа выполнена в Калининградском техническом институт рыбной промышленности и хозяйства

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки и техники РСФСР доктор технических наук, профессор

A. И. Зараев;

доктор технических наук, профессор

B. Б. Липис;

доктор технических наук, профессор А. Н. Холодилин.

Ведущее предприятие—ЦНИИ им. академика А. Н. Крыловг

Защита состоится 2Ф ¿¿¿¿-{/¿¿Л, 1991 г. в / ^ ^ °час

на заседании специализированного совета Д.053.23.04 при Л< нинградском государственном морском техническом университе те по адресу: 190008, Ленинград, ул. Лоцманская, 3, актовы: зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ленинград ского государственного морского технического университета.

Автореферат разослан 2 / «ил^с 1991 г-

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

В. Б. АМФИЛОХИЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЕ

Актуальность проблемы. Обеспечение безопасности мореплавания, предотвращение гибели судов и их экипажей является важной экономической и социальной задачей. Наиболее тяжелой морской аварией является опрокидывание судов, которое влечет за собой гибель судна и весьма часто и его экипажа. Как показывает аварийная статистика, большая доля судов, погибших от опрокидыва-тя, приходится на суда, перевозившие различные смещающиеся ?рузы, принимавшие большие количества забортной воды на палубу сак в режиме плавания лагом к волнению, так и при ходе на попутном волнении.

Объектами исследования в данной работе были сухогрузные :уда (особенно каботажного плавания) с сыпучими грузами, малые i средние рыболовные суда с относительно большим объемом па-[убного колодца и суда снабжения морских буровых установок, ice эти категории судов работают в сходных условиях, характе-мзующихся некоторым остаточным углом крена из-за смещения 'руза или наличия воды на палубе судна, ' входом фальшборта и ;асти палубы в воду, что существенно изменяет все категории ил, действующих на суда. В этих условиях возможно накопление статочного угла крена, количества воды на палубе судна,резкое величение кренящего момента при входе палубы в воду вплоть до прокидывания судна. При оценке остойчивости рассматриваемых ипов судов необходимо учитывать влияние смещения сыпучих и идких палубных грузов, изменение гидродинамических сил и мо-ентов в связи со входом палубы в воду, условия возникновения еустойчивых режимов качки, приводящих к опрокидыванию судов, ри этом необходимо применять теоретические методы исследова-ля, специальные эксперименты для определения ряда величин,

которые весьма трудно получить теоретическими методами, прямые физические опыты по опрокидыванию модёлей судов, постановку математических экспериментов на ЭВМ.

Все указанные выше особенности изучения сложных динамических явлений позволяют вьщелить исследование динамики судна со смещающимися грузами при больших наклонениях в комплексную научную проблему, относящуюся как к общим закономерностям динамики различных типов судов, так и к особенностям их движения, связанным со спецификой их грузов, конструкции корпуса и надводной архитектуры.

Данная работа направлена на создание в конечном счете методик оценки остойчивости судов в сложных условиях плавания и разработки на их основе практических рекомендаций или нормативов остойчивости.

Актуальность исследования динамики судов со смещающимися грузами при больших наклонениях определяется необходимостью обеспечения безопасности плавания судов. Данные аварийной статистики, в том числе и обобщенной автором, показывают, что большое количество судов гибнет от опрокидывания при накоплении опасных кренов в условиях заливания палубы водой. Так,для каботажных сухогрузных судов с сыпучими грузами, малых и средних рыболовных судов, а также для судов снабжения до 87-90% случаев опрокидывания непременно вызывалось сильным заливанием палубы и входом ее части в воду. Причиной опрокидывания в этих случаях служило снижение остойчивости от смещения подвижных грузов и воды на палубе, а также возникновение кренящего момента при накате волны на палубу судна. В режиме хода судов на попутном волнении предпосылкой к опрокидыванию служили - снижение

остойчивости на вершине волны и кренящий момент от воды,залившей палубу судна с кормы, в ряде случаев - брочинг судов.

Исследуемая проблема имеет важное народнохозяйственное и социальное значение, так кале ее решение и внедрение результатов позволяет уменьшить потери судов и предотвратить гибель людей.

Целью работы является разработка расчетных методик остойчивости различных типов судов в сложных условиях плавания,при наличии ветра и волнения, смещения груза, заливания палубы и входа части палубы в воду и предложений по устранению опасных ситуаций или нормативных требований к остойчивости на базе комплексного исследования динамики судна со смещающимися грузами, которое -складывается из решения следующих основных задач:

- разработки математических моделей, описывающих динамику жидких, сыпучих грузов при их смещении ;

- анализа поведения судна со смещающимися грузами при конечных амплитудах качки на волнении и при совместном действии ветра и волнения ;

- разработки теории боковой качки судна в условиях входа палубы в воду (поперечно-горизонтальная, вертикальная и бортовая) путем решения соответствующей гидродинамической задачи, исследования устойчивости режимов качки с целью установления опасных зон частот волнения ;

• разработки теоретических основ экспериментального определения гидродинамических характеристик качки судовых корпусов при значительном их крене, а также входе палубы в воду; ■ проведения систематических экспериментов по получению гидродинамических характеристик качки, а также возмущающих сил и моментов на моделях судов с креном и входом палубы в воду ; разработки схем проведения физического и математического экс-

- б -

перимента по опрокидыванию моделей судов в условиях заливашя палубы и входа части палубы в воду ; - разработки практических инженерных методик расчета критических возвышений центра масс различных типов судов в условиях смещения грузов, заливания палубы и входа части ее в воду.

Методы исследования. Работа обобщает многолетние исследования автора в области динамики судов со смещающимися грузами, судов с относительно малым надводным бортом, судов со специфическим палубным грузом. В ходе работы автором широко использовались как теоретические, так и экспериментальные исследования. Теоретические решения базируются на одном из методов приближенного решения гидродинамической задачи о качке судна конечной амплитуды, сопровождающейся входом палубы в воду, теории нелинейных дифференциальных уравнений с коэффициентами, изменяющимися со временем, теории случайных процессов, методов механики, исследующих устойчивость колебательных процессов. Для получения важных теоретических и практических решений было использовано математическое моделирование и эксперимент на ЭВМ. ЭВМ также широко использовалась для получения численных результатов.

Экспериментальные исследования были проведены как на схематизированных, так и на реальных моделях судов в малом волновом бассейне, в большом волновом бассейне, на натурном испытательном полигоне (на самоходных радио- и телеуправляемых моделях) . В опытах были использованы шесть экспериментальных установок, три из которых разработаны автором исследования.

В отличие от работ других авторов, в которых отдельно рассматривались вопросы динамики судна с сыпучими и жидкими грузами, качка и остойчивость при заливании палубы водой, в

данной работе проблема исследуется комплексно, в нелинейной постановке, с глубокой детализацией проработки отдельных вопросов.

Научная новизна работы определяется комплексным подходом к проблеме динамики судов со смещающимися грузами при больших наклонениях и ее практической направленностью на обеспечение безопасности плавания судов.

Впервые получены теоретические зависимости для сил и моментов, действующих на судно при входе палубы в воду, составлены и решены для частных случаев дифференциальные уравнения боковой качки судна на регулярном волнении, выполнено исследование сложной динамической .системы на устойчивость стационарных режимов движения, исследовано поведение судна при входе палубы в воду на нерегулярном волнении. Получены экспериментальные данные для гидродинамических характеристик качки судов с креном и входом палубы в воду, а также для возмущающих сил и момента. Теоретические исследования подтверждены и подкреплены экспериментальными исследованиями при физическом и математическом моделировании опрокидывания судов. Многие из них поста влены впервые или по более широким программам, охватывающим 5ольшие углы крена. Спроектирована, построена и апробирована зпециальная экспериментальная установка для определения методом вынужденных колебаний гидродинамических характеристик кач-<и моделей судов с креном и входом палубы в воду при больших шплитудах колебаний.

Впервые выполнен систематический модельный эксперимент ю определению силы сопротивления боковому дрейфу и кренящего юмента гидродинамической природы. Разработаны инженерные мето-

дики расчета критических возвышений центра масс различных типов судов в различных условиях плавания, включающих действие волнения, ветра, смещения грузов, заливания палубы и ее входа в воду.

Практическая ценность работы состоит в ряде следующих предложений по обеспечению безопасности мореплавания различных типов судов:

- предложений по определению опасной длины волны (для малых судов с длиной менее 40 м), при ходе лагом к которой возможно интенсивное заливание палубы и опрокидывание судна навстречу набегающим волнам. Данное предложение отражено в Циркулярном письме Регистра СССР № С-4-3296, обрал;ающим внимание проектных и надзорных организаций на опасность заливания палубы ;

- предложения автора (совместно с проф.Н.Б.Севастьяновым) об устройстве на малых рыболовных судах длиной менее 40 м комбинированного фальшборта, до высоты 500 мм - стального, до высоты 1000 мм - леерного. Предложение было одобрено Рабочей группой Регистра СССР по остойчивости и рекомендовано к внедрению ;

- предложений по оценке остойчивости судов снабжения, нашедших отражение в Нормах остойчивости судов снабжения, разработанных ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова на базе исследований автора и* принятых Регистром СССР в 1982 г. ;

- предложений по оценке остойчивости сухогрузных судов (каботажного плавания) длиной не более 60 м при перевозке сыпучих грузов в условиях сильного заливания палубы забортной водой.

Результаты диссертационной работы использованы также со-

ответствующими организациями В®. В частности,

1. Общие выводы и результаты работы использованы для уточнения базы математических моделей и экспертных знаний новой информационной технологии научных и проектных исследований в области мореходности кораблей с применением локальных вычислительных сетей.

2. Конкретные результаты работы использованы при формировании плана НИОКР в области совершенствования мореходных свойств кораблей.

3. Результаты работы, касающиеся гидродинамики корабля 1ри качке, сопровождающейся входом палубы в воду, и гидроди-гамического кренящего момента при ветровом дрейфе, использо-|аны при разработке Руководящих документов ВШ? для расчетной [роверки требований обеспечения мореходности и безопасности ■.ораблей.

Приведенные в работе методики расчета критических возвы-ений центра масс судов в сложных условиях плавания могут быть спользованы при анализе и экспертизе аварий судов от потери стойчивости в условиях заливания палубы, а также для дальней-его совершенствования Норм остойчивости судов снабжения буро-ых установок, рыболовных судов и сухогрузных судов каботажно-о плавания.

Реализация результатов работы на практике. Разработанные диссертации предложения об определении опасной длины волны, ж плавании лагом к которой возможно сильное заливание палубы потеря остойчивости, внедрены через Циркулярное письмо Ре-1стра СССР № С-4-3296, а предложения по оценке остойчивости

судов снабжения внедрены через Нормы остойчивости судов обеспечения буровых установок, включенных в Правила Регистра СССР.

Результаты работы, касающиеся гидродинамики корабля при качке и ветровом дрейфе, сопровождающихся входом палубы в воду, внедрены в Руководящих документах ВМБ для расчетной проверки требований к уровню обеспечения мореходности и безопасности 'плавания кораблей, а также учтены при формировании планов НИОКР в области совершенствования мореходных свойств кораблей.

Кроме того, материалы диссертации вошли в справочник А.Н.Холодилина и А.Н.Шмырева "Мореходность и стабилизация судов на волнении" (Л.: Судостроение, 1976), а также в учебные пособия автора по курсу "Спецвопросы качки", читаемому студентам У курса судостроительного факультета КТИРПХ - "Остойчивость судов" (Калининград, 1975), "Динамика судна с жидкими и сыпучими грузами" (Калининград, 1976).

Апробация работы. Основные положения выполненного исследования докладывались в период с 1968 г. по 1989 г. на Международных конференциях по теории корабля и по безопасности мореплавания рыболовных судов (обе по линии сотрудничества стран СЭВ), на Всесоюзных конференциях по теории корабля и экспериментальной гидромеханике судна, на Всесоюзной конференции по развитию технических средств освоения океана (Океанотехника), на выездных сессиях секции мореходных качеств судов и комитета по экспериментальной гидромеханике судна, на Всесоюзном семинаре по динамике корабля при Центральном правлении НТО им.академика А.Н.Крылова, на научно-технических конференциях Николаевского кораблестроительного института и конференциях вузов МРХ СССР, на научно-техническом совете Регистра СССР, на семинарах

no динамике корабля Ленинградского кораблестроительного института и Калининградского технического института рыбной промьш-ленности и хозяйства.

Публикации. Материалы диссертации отражены в 22 статьях и отчетах о НИР автора, 10 из которых опубликованы центральными издательствами, а 4 отчета о НИР депонированы во ВНТИЦ и по ним опубликованы рефераты в Сб.реф.НИР и ОКР "Транспорт", М.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, включающих 29 параграфов, заключения и двух приложений. В ней содержится 330 страниц основного текста,150 иллюстраций, II таблиц и список использованной литературы.

' 0СН0Ш0Е СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Во введении обосновывается актуальность исследования динамики судов со смещающимися грузами при больших наклонениях в связи с проблемой безопасности плавания судов, формируются цепи и задачи исследования, дается постановка задач динамики судна. со смещающимися грузами и их краткая характеристика. Рассмотрены также основные исследования, предшествовавшие настоящему исследованию и касающиеся тех или иных сторон проблемы.

В первой главе рассмотрены математические модели смещаю-цихся грузов (три из них предложены автором исследования), а также решения задач динамики судов с зерновыми сыпучими груза-га на регулярном волнении и при совместном действии регулярною волнения и ветра в условиях отсутствия заливания палубы забортной водой и входа части палубы в воду. Мзтодами нелинейной !еханики исследованы стационарные, а также переходные процессы i динамической системе судно-сыпучий груз. Впервые в корабле-

строительных расчетах предложены условия несмещаемости связно-сыпучих грузов, а также приведены данные по остойчивости судов, перевозящих связно-сыпучие грузы, в случае нарушения условия несмещаемости. Полученные теоретические и экспериментальные результаты позволили обосновать необходимость учета входа палубы в воду при исследовании динамики судна со смещающимися грузами.

В обзоре литературы содержится краткая характеристика работ по исследуемой проблеме или близких к ней, выполненных в нашей стране и за рубежом. Большой вклад в развитие теории нелинейной качки судов внесли Басин A.M., Благовещенский С.Н., Бородай И.К., Нецветаев Ю.А., Луговский В.В., Герасимов A.B., Ремез Ю.В., Холодилин А.Н., Севастьянов Н.Б., Ананьев Д.М., Семенов-Тян-Шанский В.В. и другие. Из работ последних 15-20 лет сошлемся на работы Виленского Г.В., Элиса Я.М., Ньютона, Ченальта и Смита, Зеемана, Эварда, Джами, Мориса и Уссета, Дюваля, Джанет и Генри, Робертса, Микелаччи и других.

В развитие подходов к исследованию качки и остойчивости судов с водой на палубе большой вклад внесли Благовещенский GH. и Шмидт М.В., Басин A.M., Луговский В.В., Борисов Р.В., Рахма-нин H.H. и другие. Вопросам уточнения вида уравнений бортовой качки и вопросам влияния воды на палубе судна на его остойчивость посвящены работы следующих зарубежных специалистов -Икеда Ешихо, Танака Норио, Химено Ёйи, Крюгера, Гатцера, Па-пенфусса, Макото Кан, Тсутоми Чишия и других.

В диссертации приняты следующие допущения:

- Глубина воды и ширина фарватера предполагаются неограниченными.

- В большинстве задач рассматриваются лишь поперечно-горизон-

тальная, вертикальная и бортовая качки при положении судна лагом к регулярному волнению.

- При рассмотрении вопроса о влиянии нерегулярности волнения на характеристики качки судна с входом палубы в воду для решения задач используется метод разложения в ряды по малому параметру и зависимости корреляционной теории случайных процессов.

- При рассмотрении гидродинамических задач окружающая корабль жидкость считается идеальной, весомой, несжимаемой.

- При разработке практических инженерных методик расчета критических возвышений центра масс судов используются допущения, связанные с упрощением выражений, зависящих от кинематики движения судна. Так, например, существенно используются такие экспериментально установленные факты, как малость амплитуд вертикальной качки судна с частично погруженной в воду палубой, а также то, что опрокидывание моделей судов происходит навстречу набегающим волнам при подходе гребня волны

к диаметрали судна.

Во второй главе диссертации исследуются гидродинамические силы, действующие на судно с учетом входа палубы в воду, а затем составляются дифференциальные уравнения боковой качки.

Гидродинамическая задача о боковой качке судна конечной амплитуды с учетом входа палубы в воду решается методом разложения потенциала задачи в двухпараметрические ряды по степеням малых параметров £ и , первый из которых, имеет смысл относительных амплитуд основных гармоник малых колебаний судна, а второй - относительной амплитуды основной 'гармоники бортовой качки. Такие разложения были предложены В.В.Луговским. Используя предложенные разложения и линеаризуя граничные условия на

свободной поверхности жидкости, интеграл Коши-Лагранжа и частично условие на твердой поверхности корпуса судна, получим возможность вычисления в исходных приближениях рсех категорий сил, действующих на судно, с учетом эффектов, связанных с входом палубы' в воду.

Так, для силы поддержания и восстанавливающего момента судна на волнении получим следующие шражения:

Р^ -л {('+§')[&и-~Ь -ъ<о- к) -~6 ^-«оИ+е2) 90Р({ ~

+ ^ов2 ^ , (I)

--Нт-Ко^фе(<-§')-ьо+е*)]+

*Со*сП ~

- ( Хо -Ър )} &'1п (ГЬ , (2)

где ъш-Мигв{г0и~^0)а^6)

5 формулах (I)—(3) введены общепринятые в теории корабля обоз-учения. Дополнительно обозначены величины, характеризующие ■еометрические параметры затопленной площади палубы - Sp ;

\р = ; ; л; ; Чу ■ (4)

5 р ¿р >5 р 5р

Выполняя обычным порядком, но с учетом влияния входа палубы в воду, интегрирование по смоченной поверхности судна для ■лавных частей возмущающих сил и момента, получим выражения:

Р7{, + СоъП ) , (5)

Рцк = ~М0 ( ^ Соь (У-Ь - Яг 5СП ) , (б)

где К^Ру-Р^в -Р7А2 '

= Ер + Рч*9 + Рцт > ы

. функции ^ представляют собой величины, зависящие от геомет-. ии корпуса судна и частоты формы волны и учитывающие характе-истики геометрии затопленной части палубы и высоту надводного орта судна.

* (8)

где ^ = Мы + в -*■ §2 ,

= ^ ^ МХеВ + МХ6 §* > О)

функции характеризуют геометрию корпуса судна и зависят т частоты формы волны.

Выражения (1)-(9) при ^сТ"О переходят в соответствующие ависимости, полученные В.В.Луговским для высокобортного суда.

- 16 -

Для инерционно-демпфирующих сил и момента после решения соответствующей гидродинамической задачи о колебаниях накрененного контура с палубной линией, входящей в воду, что дается Я.М.Элисом методом Урселла, и интегрирования по длине судна получим:

Р1= -^9, - гг^в, ; (Ю)

Рг. = ~т^ё, -Г2в<9, ; (Ш

где величины ^¿у, ^¿у определяют гидродинамические характеристики качки судна, зависящие от текущего угла крена судна.

Для дифракционных сил и момента после использования известного преобразования Грина, функций излучения, учитывающих накренение шпангоутных контуров, и интегрирования по длине судна получим:

-Щ 1зеГ\+зе?пп)Ып п+ШД/^}; аз Ры = {-<&£ (^Ъ^Г^Хов^

+ <г&0п?вг.&п& - <ты.0ав^Созб-Ь ^ ; (14)

- 17 -

= ^отдв<>СпРЬ-въ(0г1ввСоьа + -

- <Г?£ ( Пег; ¿?10)Пвп ) 5¿Г? <П }■ 5 (15)

(О)

где функции <3?^ представляют собой редукционные коэффициенты и множители, зависящие от геометрии корпуса судна вместе с его надводной частью, а также от частоты формы волны.

При расположении судна лагом к набегающему волнению дифференциальные уравнения движения судна в соответствии с общими принципами механики могут быть записаны в следующем виде:

МЪ = Р' (16)

М^ - В + + РС£ + 4 + , (17)

Эх9 = Мвос +Моск + , (18)

где у величин с чертой над обозначением характеристики присоединенной инерции и демпфирования пересчитаны по известным формулам перехода от оси ох: к параллельной оси, проходящей через центр масс судна. Система уравнений (16)-(18) в третьей главе работы существенно преобразуется за счет учета зависимостей геометрических характеристик затопленной площади палубы от кинематических элементов движения судна. В окончательном виде система дифференциальных уравнений боковой качки судна нредставляет систему трех взаимно перевязанных дифференциальных уравнений второго порядка с достаточно сложной нелинейностью и правыми частями, явно зависящими от времени. Нелинейность уравнений осложняется учетом влияния входа палубы в зоду на гидродинамические характеристики движения судна. Воз-

мущающие силы и момент, действующие на судно при входе палубы в воду, также существенно изменяются, амплитуда основной гармоники силы или момента резко уменьшается, но возрастает амплитуда сопряженной гармоники. К решению системы уравнений боковой качки судна с учетом входа палубы в воду можно с успехом применить как численные методы интегрирования на ЭВМ,так и приближенные методы решения, например, метод Боголюбова-Митропольского. Однако, решая систему уравнений качки судна с учетом входа палубы в воду, нужно сопоставлять цели исследования и средства их достижения. При решении практических задач о качке и остойчивости судов со смещающимися грузами все их многообразие можно разбить на три основные группы. Первая -задачи, связанные с вычислением амплитуды симметричной гармонической качки, сопровождающейся незначительным или относительно малым входом палубы в воду. Вторая - .задачи,, связанные с постепенным накоплением постоянной составляющей угла крена и либо стабилизацией характеристик качки возле некоторого наклонного положения, либо опрокидыванием в результате воздействия волн и смещающегося груза. Третья - задачи, связанные с исследованием опрокидывания судов как динамического процесса под воздействием внешних и внутренних факторов и направленные на развитие и обоснование нормативных требований к остойчивости судов. Для каждой из групп задач возможны существенные упрощения исходной системы уравнений движения без заметного ущерба для результата решения задачи.

Далее в главе второй выводятся формулы для возмущающих и инерционно-демпфирующих сил при "медленных"изменениях характеристик колебаний судна, которые затем используются для сравне-

ния с результатами экспериментального определения возмущающих сил и момента на серии моделей судов, устанавливаемых с фиксированным углом крена лагом к регулярному волнению. Сравнение расчетных и экспериментальных данных дало весьма хорошие результаты.

В главе второй также приведены теоретические основы экспериментального определения инерционно-демпфирующих сил с учетом входа палубы в воду и методика,.приспособленная к оригинальной экспериментальной установке К-1, спроектированной автором, а также результаты многочисленных экспериментальных исследований, позволяющие уточнить с учетом вязкостных эффектов, возникающих при входе палубы в воду, величины' гидродинамических коэффициентов, входящих в уравнения движения судна. Разработана методика расчета таких коэффициентов с учетом амплитуды и частоты колебаний, геометрии корпуса, наличия.фальшборта.

В главе третьей диссертации рассматриваются стационарные режимы нелинейной качки судов с учетом входа палубы в воду, всесторонне исследуется устойчивость таких режимов как для основного резонанса, так и для субгармонического резонанса низшего порядка, производится учет влияния нерегулярности волнения на характеристики качки судна, сопровождающейся входом палубы в воду.

Общая система уравнений движения судна упрощается за счет введения осредненных гидродинамических характеристик кач-тСЪ'6 "¿-¿(отдельно для фазы погружения и отдельно за время между двумя последовательными входами палубы в воду).Предполагая,что закон поперечно-горизонтальынх колебаний центра тяжести

известен, для уравнения бортовой качки получим

~ _2. г — (Г) (П) 0~') п г- _,

в (в) +совР0 (в) -о10[зев'-*- зев в +хв

Г-^О*) (?) (V)) -> ,

+о10[зев в + ¿е0 ъ ]соьо± , (19)

где (в) - обобщенный закон демпфирования, Р~0 (9) -функция, характеризующая форму диаграммы статической остойчи-

~ (Ы) (ы)

вости,<Э^ и 3£е - некоторые редукционные коэффициенты. Все характеристики, входящие в уравнение (19), изменяются или переключаются при входе-выходе палубы из воды. Уравнение (19) решается с помощью метода Боголюбова-Митролольского где + ,

(21)

б

а ^ , - вспомогательные функции, появившиеся в результате интегрирования выражений, входящих в уравнения установления колебаний. Аналогичные выражения получены и для случая субгармонического резонанса. Проведенные расчеты амплитудно-частотных характеристик бортовой качки показали сильное влияние на амплитуды колебаний роста сил сопротивления качке при входе палубы в воду.

Исследование устойчивости стационарных режимов качки как для основного, так и для субгармонического резонанса, проведен-

ное как традиционными методами возмущений, так и методом Бого-любова-Митропольского показало, что зона неустойчивости колебаний в районе пика резонансной кривой с учетом входа палубы в воду расширяется, однако она не достигает амплитудно-частотной кривой из-за сильного демпфирования колебаний при входе палубы в воду. Отсутствие зон опрокидывания в области основного резонанса подтверждается и экспериментами над моделями судов.

Однако при анализе устойчивости стационарных режимов качки с начальным креном зона неустойчивости появляется в области частот, лежащих между собственными частотами бортовой и вертикальной качки, что строго соответствует полученным экспериментальным данным. Для уравнения качки в режиме субгармонического резонанса второго рода зона неустойчивости проходит так, что почти вся амплитудно-частотная характеристика лежит в области устойчивости. Небольшой участок неустойчивости на левой ветви амплитудно-частотной характеристики определяет "порог" возбуждения субгармонического резонанса.

Учет влияния нерегулярности волнения на характеристики бортовой качки выполнен в главе третьей для трех различных форм уравнений галки, начиная с простейшего и кончая полным уравнением, учитывающим все факторы, связанные с входом палубы в воду. Приведем здесь результаты исследования только для простейшего случая, когда в уравнении качки скачкообразно изменяется при входе палубы в воду демпфирование:

9+2 % в -*-и)д9 = ^асск^]} (22)

где _

2ЧВ = А

(23)

г ^ , 101* ,

а 9{± - угол входа в воду кромки палубы. Характеристику (23) удобно представить в виде

2% = ^ 6)^в)^- (%*- * ф2'д§_) (24)

Для линеаризации зависимости (24) воспользуемся вторым способом статистической линеаризации. Тогда

ч>=ч>0 + С}е, <25>

где %^-(2Ув*-2)>в)2<Р[^д] , (26)

Решение задачи дается в виде интегрального уравнения

оо

2)д - (27)

о

В случае полного уравнения для решения задачи используется метод малого параметра

9 = + + С28)

Для дисперсии углов качки имеем

ОО ос/ 2

Дг¡Зв№аг=+Ме(5в1в0+5вов,)+£5в+..]с1<г (29)

о о

Спектральные плотности для процессов, описывающих бортовую качку в приближениях, ищутся в рамках корреляционной теории случайных процессов. Полученные решения для нелинейной бортовой качки на двумерном нерегулярном волнении будут справедливы для относительно узких спектров внешних возмущений с частотой максимума спектра, близкой к собственной частоте бортовых колебаний судна. Как показали экспериментальные модельные испытания, в случае несоблюдения указанных условий характер колебаний модели существенно менялся. Так, например, сдвиг частоты максимума спектра возмущения в зону более высоких час-

тот приводит к утрате процессом бортовой качки свойства эргодичности. Отдельные реализации случайного процесса становятся существенно нестационарными, и стационарность процесса в целом, связанная с осреднением по ансамблю характеристик, при определенном уровне возмущений (обеспечивающих вход палубы в воду) утрачивается. Причина нарушения эргодичности и стационарности кроется во внутренней неоднородности случайного процесса, протекающего с некоторой вароятностью по тому или иному типу.Случайно реализуемый вход палубы в воду,.изменение всех категорий сил, с этим связанное, есть физическая причина неэргодичности и нестационарности процесса, который по сути представляет собой цепь переходных процессов со случайными переключениями. Нестационарность процессов накренения судов и их моделей на нерегулярном волнении была выявлена по материалам аварийной статистики, по данным испытаний в опытовом бассейне и на естественном волнении.

В главе четвертой работы приводятся результаты физического и математического моделирования опрокидывания судов, приводятся некоторые данные аварийной статистики, собранной автором, вытекающие из анализа аварийной статистики опасные ситуации, последовательное исследование опрокидывания моделей судов в различных опасных ситуациях. Данные аварийной статистики, включающие случаи опрокидывания судов в условиях заливания палубы, в частности, показывают, что примерно 50% аварий происходит при ходе судна лагом к волне, а 50% приходится на долю судов, следовавших на попутном волнении или близким к нему курсом. Типичной ситуацией, приводящей к опрокидыванию, является комбинация

следующих факторов - сильная бортовая качка, смещение груза, заливание палубы. Специально поставленные опыты на схематизированных и реальных моделях судов по их опрокидыванию на регулярном волнении показало, что опасные в отношении опрокидывания частоты волн лежат между собственными частотами бортовой и вертикальной качки, как и предсказано теорией.

Особенно характерным для таких режимов является удвоение периода. При изучении записей колебаний модели мы обнаруживаем ее сходство с классической схемой, приведенной в известной книге В.И.Арнольда по вопросам теории катастроф, поясняющей появление так называемых "странных аттракторов". В режиме странных аттракторов наблюдаются сложные непериодические колебания, детали которых очень чувствительны к малому изменению начальных условий, в то время как усредненные характеристики режима устойчивы и не зависят от начальных условий.

Было экспериментально исследовано влияние фальшборта, высоты надводного борта, характеристик остойчивости, наличия начального крена, нерегулярности волнения, разрушающегося волнения.

В соответствии с перечнем опасных ситуаций были проведены также эксперименты с моделями судов при одновременном действии волнения и ветра,имитировавшегося сосредоточенной силой, приложенной в центре парусности, на специальной установке "Ураган". Сопоставление опрокидывающей силы на тихой воде и волнении со всей очевидностью показало, что влияние волнения весьма существенно и опасно, так как уменьшает величину опрокидывающей силы. Было обнаружено также, что модель опрокидывается по

волне и ветру не в первом накренении, а в последующих, т.е. в режиме развитого дрейфа. При этом наиболее опасными волнами оказываются волны с частотой, близкой к частоте свободных бортовых колебаний. Как и в опытах на регулярном волнении, в данных опытах модели, остойчивость которых отвечала Правилам Регистра СССР (кроме случая разрушающегося волнения) не опрокидывались на волнах с крутизной до 1/13 (предельно достижимая крутизна волн в опытовом бассейне КТИРПХ).

Для построения расчетной методики оценки остойчивости судов с водой на палубе в режиме ветрового дрейфа необходимы были данные о величине гидродинамического кренящего момента при дрейфе. Такие данные были получены путем проведения систематических модельных испытаний на специальной установке "Дрейф" системы А.Д.Батуева автором работы и инж. Коваленко Н.И. Обработка данных на ЭВМ позволила дать универсальную формулу

для плеча условной гидродинамической реакции в виде:

ю

ЧШК=(Щ , (30)

0 ¿4

где величина измерена для базовой модели серии .функ-

ции £¿(9) представляют собой функции влияния отклонения геометрических параметров данного судна от параметров базовой модели, а - есть сами отклонения или их комбинации. С использованием зависимости (30) кренящий момент от действия ветра для стадии развитого дрейфа может быть вычислен по формуле

Мкр = Р^ Соьв , (31)

где Ру - сила давления ветра,

¿у. - аппликата центра парусности, отсчитываемая от плоскости действующей ватерлинии судна на тихой воде.

Расчеты, выполненные с использованием формул (30), (31), показали очень хорошее согласование с экспериментом по опрокидыванию моделей при совместном действии ветра и волнения.

Далее в главе четвертой приводятся практические методики определения критического возвышения центра масс судов, расположенных лагом к регулярному волнению и расположенных лагом к регулярному волнению и ветру. Методики разработаны на базе теории, развитой во второй и третьей главах, с учетом экспериментальных данных, полученных в опытах с моделями судов и приведенных в главе четвертой.

В первой методике, касающейся оценки остойчивости судна с водой на палубе при действии регулярного волнения, определяются:

1. Элементы опасной волны

(32)

2. Вспомогательная величина, определяющая степень погружения палубы судна в воду

['ж* & <33>

3. Плечо дополнительного кренящего момента, возникающего при входе палубы в воду

, • (34) где хР = ф - МкТ)[(Щ25уЬ(р« +

Т^У^)] С35)

В формулах (32)-(35) кроме общепринятых обозначений введены следующие:

- табулированные функции от величины угла входа фальшборта в воду ;

КI - табулированные функции величины '■> Ы_к - относительная площадь палубного колодца судна;

- приведенная (осредненная по длине) высота надводного борта.

С помощью формул (32)-(35) на основе уравнения баланса энергии можно определить критическое возвышение центра масс судна,учитывая по известным методам кренящий момент от воды на палубе судов.

Расчеты по указанной методике с высокой степенью точности сходились с экспериментальными данными.

Во второй методике, касающейся оценки остойчивости судна при входе палубы в воду на регулярном волнении с одновременным действием ветра, определяются:

1. Гидродинамический кренящий момент с использованием зависимостей (30), (31).

2. Постоянная составляющая угла крена из условия равенства восстанавливающего момента и момента кренящего.

- 28 -

3. Расчетная амплитуда качки с учетом входа палубы в воду ву , определенная по многочисленным экспериментальным данным в долях от амплитуды качки судна до действия ветра - Ва

О* = / ~ 0,0132 ви , (36)

где величина Э^ выражается в градусах.

Далее определяется критическое возвышение центра масс судна на основе уравнения баланса энергии. Обе методики допускают простое графическое /представление процедуры определения критического возвышения центра масс.

В главе четвертой также приводится математическая модель судна с водой на палубе и с частичным входом палубы в воду и данные многочисленных математических экспериментов, выполненных на ЭВМ с выполнением операции идентификации математической модели. Основные элементы математической модели представлены ниже

+№(&)+'Ч((?), (37)

где л №) = / - е '6 (38)

Функция представляет обобщенный закон демпфирования с уче-

том входа и выхода палубы из воды, величина 7.р отражает влияние входа палубы в воду на возмущающий момент. Обобщенный восстанавливающий момент представлен зависимостью

у>т] -и£0 (9ь - м^ , ш

где << ¿я , а момент кренящий от воды на палубе судна приближен зависимостью

О , <40)

где - угол входа кромки фальшборта в воду в относительных координатах, а величина /иг равна

(41)

Величина , характеризующая количество воды на палубе судна, принимается по эмпирической зависимости в функции от амплитуды качки . Величина 7.р может быть определена как

4 В , (42)

где коэффициент также определяется эмпирической зависимостью от текущего угла крена - СР-,

С помощью данной модели на ЭВМ был проведен обширный математический эксперимент, показавший весьма хорошее сходство с физическим экспериментом в области крутизны волн до 1/13, а при более крутых волнах показал, что суда, отвечающие требованиям действующих Правил Регистра СССР к остойчивости, могут быть опрокинуты действием регулярного волнения при интенсивном заливании палубы с борта. При этом критическая крутизна волн составила 1/11, что вполне может быть реализовано в действительности. Таким образом.математический эксперимент дополнил более сложные теоретические исследования и экстраполировал результаты физического эксперимента в область более крутых волн. Этим окончательно была доказана особая опасность заливания палубы с борта и входа части палубы в воду при значительных углах крена.

В главе пятой диссертации рассмотрены прикладные задачи динамики судов со смещающимися грузами, использующие результаты

предыдущих глав. В качестве конкретных объектов исследования избраны суда обеспечения морских буровых установок и сухогрузные суда каботажного плавания, перевозящие сыпучие грузы. И те, и другие суда имеют конструктивно малый надводный борт. В данной главе подробно исследуются особенности качки и остойчивости судов обеспечения морских буровых установок при наличии буровых труб на грузовой палубе, рассмотрены вопросы заливания палуб этих судов при положении лагом к волне и при ходе как на регулярном, так и на нерегулярном попутном волнении (экспериментальными методами). Выполнена масштабная серия по изучению заливаемости труб при положении моделей лагом к волне. Даны конкретные рекомендации по учету влияния воды в трубах на остойчивость судов обеспечения морских буровых установок. На основе теоретических и экспериментальных исследований создана методика оценки остойчивости этих судов и разработан алгоритм расчета критических возвышений центра масс судов в следующих трех расчетных ситуациях:

1. Судно обеспечения без хода, лагом к волнению.

2. Судно обеспечения без хода, лагом к ветру и волнению.

3. Судно обеспечения, идущее полным ходом на попутном волнении.

На базе созданного алгоритма сотрудниками ЦНИИ им.акад. А.Н.Крылова были выполнены серийные расчеты остойчивости судов обеспечения и предложены нормы остойчивости судов обеспечения. Расчеты показали достаточную обоснованность предложенных норм.

Далее в главе пятой теоретическими методами с учетом

проведенных экспериментов с моделями, имевшими сыпучий груз в отсеках, изучены особенности качки и остойчивости сухогрузных судов при перевозке сыпучих грузов в условиях входа палубы в воду. Уравнение бортовой качки судна с сыпучим грузом с учетом поперечно-горизонтальных колебаний и входа палубы в воду можно представить в виде

&+р,(в)-+сид (в)=ос0[зев +зе0в <п +

где

представляет собой эквивалентную диаграмму статической остойчивости, построенную с учетом пересыпания зернового груза

= ^¿аа9п (44)

/7=2

В формуле (44)

10 - плечо диаграммы при 9 ~ О , Д* - начальная метацентрическая высота для расчетной ветви диаграммы. Решение уравнения (43) ищется методом Воголюбова-Митропольско-го в виде

в = В5 + (45)

и дается в виде, аналогичном решению уравнения качки (19).

На основе решений уравнения (43) и соответствующих экспериментов была разработана методика расчета критических возвышений центра масс судов, перевозящих зерновые сыпучие грузы, в следующих трех расчетных ситуациях:

I. Судно без хода, лагом к волнению. Заливание палубы с

наветренного борта, смещение груза зерна на наветренный борт, опасность опрокидывания навстречу бегу волн.

2. Судно без хода, лагом к волнению и ветру. Смещение груза на подветренный борт, дрейф судна с учетом вхопа паллубы в воду. Опасность опрокидывания по волне и ветру.

3. Судно с номинальной скоростью хода на попутном волнении. . Заливание палубы с кормы, смещение сыпучего груза. Опасность опрокидывания.

Все три ситуации легко отображаются графически на диаграммах восстанавливающих и кренящих моментов. Критическое возвышение центра масс судна определяется из условия баланса энергии. Предложенная методика позволит существенно повысить уровень безопасности на каботажных сухогрузных судах. .

Диссертация содержит два приложения.

В первом приложении приводятся графики вспомогательных функций рс (уС) ^ (Ы.), а также расчеты воамущаюдих сил и моментов для одной из моделей серии при углах крена 20°, 35°, 50° (в табл.форме), использующиеся в качестве контрольных точек при расчетах на ЭВЫ.

Во втором приложении приведены графики для определения величины кренящего момента от воды на палубе судов, представленные в виде безразмерных универсальных зависимостей, акты внедрения работ автора в нормативные документы Регистра СССР и специализированных организаций ШФ СССР, а также в учебный процесс КШРПХ и ВВМИОЛУ им.Ф.Э.Дзержинского. Кроме этого, в приложении приведены результаты специального, достаточно детального аналитического и численного исследования оовместной нелинейной системы дифференциальных уравнений вертикальной, поперечно-горизонтальной и бортовой качки судна с учетом вхо-

да палубы в воду, выполненного автором вместе с группой программистов по рекомендации специалистов ЩИИ им.акад.А.Н .Крылова.

Система из трех совместных нелинейных дифференциальных уравнений боковой качки судна с учетом входа палубы в воду подверглась существенной доработке и получена в трех вариантах. Первый - относится к "чистой" палубе судна, лишенной фальшборта, и загрузке судна твердыми несмещающимися грузами. Второй вариант учитывает наличие сплошного ограждения палубы в виде фальшборта, что приводит к возможности накопления воды в палубном колодце судна. Третий вариант является наиболее общим: судно имеет фальшборт и смещающиеся (жидкие или сыпучие) грузы.

Наиболее полному аналитическому и численному анализу подвергся в первый вариант системы. С качественной стороны эта система нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка, осложненная членами, учитывающими взаимосвязь отдельных видов колебаний, а также условиями "переключения" коэффициентов уравнений при входе-выходе палубы судна из воды. Аналитические решения системы уравнений были получены с использованием схемы последовательных приближений, предложенной В.В.Луговским, а также метода Боголюбова-Митропольского. В первом приближении были получены решения изолированных уравнений поперечно-горизонтальных и вертикальных колебаний, а также уравнений совместных бортовых и поперечно-горизонтальных колебаний.

Не останавливаясь в деталях на подробностях построения аналитических решений системы уравнений во втором приближении, укажем лишь на то, что дело сводится при исследовании и вертикальной, и бортовой качки к анализу различных форм уравнений Хилла-Матье.

Нестационарные режимы для совместной системы уравнений

оковой качки были исследованы численно с использованием современ-ой ПЭВМ и стандартной процедуры решения систем дифференциальных равнений методом Рунге-Кутта четвертого порядка.

При этом по предложению Н.Б.Севастьянова использовались естественные нулевые начальные условия для перемещений и скоростей судна путем введения "разгонной" функции времени

ftt) = 1 - е (46)

Авторы соответствующих программ: Л.К.Зеленин, П.К.Зубарев, А .И .Зеленина.

Расчеты выполнены для конкретного судна типа "Sea Biute" для которого: L = 62,5м, В = 12,8 м, Т1 = 5,0 м, У" = 1,2 м, ¿к= 0,5, А0= 1,27 м, = 50°, 1,0 м.

Расчеты были выполнены для восьми сбрий. В каждой серии насчитывалось б характерных частотных режимов. Аналогичные результаты были получены и для второго варианта системы-(с установкой $альшборта).

По одному из самых интересных вопросов о связи бортовых и вертикальных колебаний был дан однозначный ответ и аналитическими, и численными исследованиями - связь есть и сила ее определя-зтея, главным образом, величиной угла несимметрии бортовой качки. Когда этот угол мал, то и связь относительно слаба, когда велик - связь существенно влияет на характеристики качки, осо-5енно бортовой. Полученные "машинные" реализации совместной кач-<и хорошо согласуются с данными теоретических исследований и физических экспериментов, выполненных автором совместно с А.Д.По-10ыаренк0, Т.Ф.Муниной, О.С.Ро.здольской, А.Д.Батуевым, Н.И.Кова-генкп, С.Б.Матвеевым в период с 1972 по 1986 гг.

- 35 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе исследована комплексная проблема динамики судов со смещающимися грузами при больших наклонениях, теоретическое и экспериментальное решение которой направлено на повышение безопасности плавания судов. Последовательно рассмотрены решения задач динамики судна со смещающимися грузами в упрощенной постановке без учета входа палубы в воду, силы, возникающие при входе палубы судна в воду, дифференциальные уравнения динамики судна с учетом входа палубы в воду, стационарные решения этих уравнений и их устойчивость, условия опрокидывания судов в условиях смещения грузов и заливания палубы водой, практические вопросы остойчивости рыболовных судов, судов обеспечения морских буровых установок и сухогрузных судов.Применение теоретических и экспериментальных методов гидромеханики судна, приложение теории устойчивости движения и методов нелинейной механики, математический эксперимент на ЭВМ и численные расчеты характеристик остойчивости судов позволили выявить и описать закономерности поведения судов со смещающимися грузами в условиях входа палубы в воду и прийти к практическим рекомендациям по нормированию остойчивости названных выше типов судов.

Получены следующие основные результаты, определяющие научную новизну работы, ее практическую ценность и являющиеся предметом защиты:

I. Установлено, что гидродинамическая модель идеально сыпучих грузов, а также модель В.Г.Сизова пригодны для решения нели-

-36 -

нейных задач динамики судна, обнаружена электромеханическая аналогия, показано, что идеально сыпучий груз может играть при достаточной остойчивости роль успокоителя качки.

2.Установлено, что при совместном действии ветра и волнения типа зыби на судно воздействие ветра представляет основную опасность в то время, как качка судна способствует обратному ссыпанию груза. Получены формулы для расчета качки судна при пересыпании груза, показано, что переходные процессы-качки судна при воздействии ветра сильно растянуты во времени, что при шквалистом ветре может представлять серьезную опасность для остойчивости судна.

3.Получены в замкнутом виде условия несмещаемости связно-сыпучих грузов, что значительно упрощает расчеты безопасности судов в отношении опрокидывания.

4.Показана необходимость учета входа палубы в воду при исследовании динамики судна со смещающимися грузами при больших наклонениях.

5.Получены формулы для расчета всех категорий сил с использованием двухпараметрических разложений решений в ряды,введенных в практику В.В.Луговским, а также с использованием таблиц инерционно-демпфирующих сил, полученных Я.М.Элисом, составлена система трех дифференциальных уравнений качки судна с учетом входа палубы в воду, получены решения для стационарных режимов и наследована устойчивость этих режимов.

6.Разработаны теоретические основы экспериментального определения инерционно-демпфирующих сил на схематизированных моделях, спроектирована специальная экспериментальная установка для получения названных сил, получены систематические эксперимен-

тальные данные с учетом входа палубы в воду.

7. Экспериментально на серии моделей, закрепленных с фиксированным углом крена в положении лагом к волнению, определены возмущающие силы и момент, проведено сравнение с расчетными данными, которое показало вполне удовлетворительное сходство.

8. Произведен учет нерегулярности волнения в задаче о бортовой качке судна при входе части палубы в воду, получены соответствующие формулы для расчета спектральной плотности углов качки по заданной спектральной плотности волновых: ординат.

9. Произведен сбор и анализ аварийной статистики для судов со смещающимися грузами, определены опасные ситуации.

10.Выполнено экспериментальное исследование опрокидывания целого ряда моделей судов на регулярном и нерегулярном волнении, при совместном действии волнения и ветра, установлены условия опрокидывания и сопоставлены с теоретическими . положениями.

11.Выполнен систематический модельный эксперимент по определению кренящего момента и сопротивления дрейфу, получены на ЭВМ универсальные зависимости для расчетов кренящего момента при дрейфе.

12.Разработаны практические методики определения критического возвышения центра масс судна, стоящего лагом к регулярному волнению, стоящего лагом к волнению и ветру.

13.Разработана математическая модель бортовой качки судна в условиях заливания палубы, произведен математический эксперимент, результаты которого сопоставлены с данными физичес-

- за -

кого эксперимента и результатами расчетов по теоретическим зависимостям.

14. Проведены систематические опыты с моделями судов обеспечения морских буровых установок при перевозке на палубе груза труб как при бортовой качке, так и при движении на регулярном и нерегулярном попутном волнении. Спроектирована для .этих целей специальная установка.

15. Спроектирована установка ТВ-3 для измерения веса воды,попадающей в груз труб на палубе, испытана масштабная серия по изучению заливаемости труб при положении моделей лагом к волне, введено понятие о "паспортных" характеристиках труб, даны практические рекомендации по учету влияния воды- в трубах на остойчивость судов, разработаны инженерные методики расчета критических возвышений центра масс судов обеспечения морских буровых установок для трех расчетных ситуаций и алгоритм такого расчета. Совместно с сотрудниками ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова оценена обоснованность норм остойчивости судов обеспечения морских буровых установок.

16. Исследованы теоретически и экспериментально особенности качки и остойчивости сухогрузных судов при перевозке сыпучих грузов в условиях входа палубы в воду, разработана методика расчета критических возвышений центра масс судов, перевозящих зерновые сыпучие грузы.

Теоретические исследования, физический и математический эксперимент, анализ численных расчетов на ЭВМ позволяют сформулировать следующие основные выводы:

1. Исследование динамики судов со смещающимися грузами при . больших наклонениях невозможно без учета влияния входа палубы в воду.

2. Гидродинамические силы, действующие на судно при входе части палубы в воду, существенно зависят от геометрических характеристик затопленной площади палубы. В силу зависимости этих характеристик от времени и кинематических параметров движения судна получаются довольно сложные выражения, содержащие как члены, явно зависящие от времени,так и члены, зависящие от кинематических параметров движения судна, появляются и некоторые постоянные составляющие сил

и момента. Все три уравнения боковой качки судна оказываются взаимозависимыми и должны решаться в общем случае методом последовательных приближений.

3. Стационарные режимы движения судна при бортовой качке существенно зависят от изменения гидродинамических характеристик качки при входе палубы в воду, наиболее сильно проявляется возрастание демпфирования. Области неустойчивости стационарных режимов с учетом входа палубы в воду дополняются зоной, лежащей между частотами свободных бортовых и вертикальных колебаний судна, что подтверждено экспериментами .

4. Учет нерегулярности волнения в задаче о бортовой качке суд-•на при входе палубы в воду возможен в рамках корреляционной

теории лишь для относительно узких спектров возмущения с частотой максимума, близкой к собственной частоте бортовых колебаний судна. При частотах, сдвигающихся к частоте соб-

ственных вертикальных колебаний судна, процесс бортовой качки судна утрачивает свойства эргодичности и стационарности и требует для своего исследования специальных методов.

5. Экспериментальные данные полученные для инерционно-демпфирующих и возмущающих сил, показывают сильное влияние крена, сопровождающегося входом палубы в воду. Особенно сильно возрастает возмущающий момент, что в конечном счете и приводит к опрокидыванию моделей судов навстречу волне.причем строго установлена фаза опрокидывания, и теоретически

и экспериментально, - при подходе переднего склона волны к диаметральной плоскости, что зафиксировано также и путем кино- и фотосъемки.

6. При опрокидывании судов на регулярном волнении опасная

' частота волн лежит между собственными частотами бортовой и вертикальной качки, при опрокидывании с учетом действия волнения и ветра - опасная частота близка к собственной частоте бортовой качки. При ходе на попутном волнении опрокидывание возможно лишь при заливании палубы через корму при длинах волн, близких к дайне судна.

7. Математический эксперимент и теоретические расчеты показывают, что существует реальная- опасность опрокидывания судов, остойчивость которых удовлетворяет общим Правилам Регистра СССР при крутизне волн в 1/11 и выше, вплоть до разрушающегося волнения.

8. Разработанные практические методики расчета критических возвышений центра масс рыболовных судов, судов обеспечения

- 41 -

морских буровых установок, сухогрузных судов каботажного плавания, хорошо согласуются с данными экспериментов по опрокидыванию моделей судов. Нормы остойчивости судов обеспечения морских буровых установок можно считать достаточно обоснованными теоретически и экспериментально. 9. При оценке остойчивости судов обеспечения морских буровых установок специфической особенностью является наличие палубного груза труб, способного накапливать воду и влиять на остойчивость. При оценке остойчивости сухогрузных судов, перевозящих сыпучие грузы, специфика заключается во взаимодействии двух факторов, кренящих судно, - смещения сыпучего, груза и заливания палубы забортной водой. Предлагаемые способы оценки остойчивости названных типов судов учитывают все основные опасные факторы и значительно повышают уровень безопасности судов.

Основные положения и выводы диссертационной работы опубликованы в следующих изданиях:

1. Бортовая качка судна с сыпучим грузом при нелинейном восстанавливающем моменте. - Сб.НТО им.акад.А.Н.Крылова "Мореходность и управляемость судов",: Судостроение, 1968, вып. 105, С.61-63.

2. К вопросу о воздействии ветра и волнения на судно с сыпучим грузом. - Сб.НТО им.акад.А.Н.Крылова "Управляемость и мореходность судов", JL: Судостроение, 1969, вып.126, С.107-110 (в соавторстве с А.В.Зайцевым).

3. Пружинно-массовая модель сыпучего груза. - Сб.Судостроение и морские сооружения, изд-во ХГУ, Харьков, 1970, вып.12, С.16-21.

4. Экспериментальная установка для исследования динамики сыпучих грузов. - Труды Калинингр.техн.ин-та рыб.пром-сти и хоз-ва, Калининград, 1972, вып.44, С.103-110 (в соавторстве с

B.С.Кузнецовым).

5. Теоретические основы экспериментального определения гидродинамических характеристик качки промысловых судов. -Республ. межведомств. тематич. научно-техн. сб. "Судостроение ", изд-во "Вшца школа" при ХГУ, Харьков, 1974, вып.22, С.76-85.

6. Диаграммы для определения кренящих моментов от воды на палубе судна. - Научно-технический сборник Регистра СССР, Л.: Транспорт, 1975, выл.З, С.52-55 (в соавторстве с Т.М.Об-рехт).

7. К теории бортовой качки судна с сыпучим грузом при заданной диаграмме остойчивости. - Научно-технический сборник Регистра СССР, Л.: Транспорт, 1975, вып.З, С.104-П1.

8. 0 расчетной амплитуде качки судов, перевозящих навалочные грузы. - Труды ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова, Л.: Судостроение, 1975, вып.284, С.48-54.(в соавторстве с В.С.Обрехтом).

9. Особенности качки судна с жидкими и сыпучими грузами.- -§ 23 в справочнике А.Н.Холодилина и А.Н.Шмырева "Мореходность и стабилизация судов на волнении", Л.: Судостроение, -1976,

C.272-278.

10. Обоснование второй редакции "Норм остойчивости низкобортных судов", - Отчет о НИР/Калинингр.техн.ин-т рыб.пром-сти

и хоз-ва ; руководитель Н.Б.Севастьянов. - 76-2.1.6 ; № ГР 70037902 ; инв.№ Б 598330. - Калининград, 1976, Печати.реферат в Сб.реф.НИР и ОКР "Транспорт", 1977, № 16 (15.16.001),М.: ВНТИЦ.

11. К вопросу нормирования перевозок связно-сыпучих грузов. - Научно-технический сборник Регистра СССР, Л.: Транспорт, 1976, С.59-63.

12. Экспериментальное исследование качки модели низкобортного судна и условий его опрокидывания на регулярном волнении. - Труды Калинингр.техн.ин-та рыб.пром-сти и хоз-ва, Калининград, 1977, вып.61, С.3-8 (в соавторстве с А.Д.Пономаренко).

13. Проблемы исследования остойчивости и качки судов с сыпучими грузами. - Труды Калинингр.техн.ин-та рыб.пром-сти и хоз-ва, Калининград, 1977, вып.73, С.15-32.

14. Крьшовекие возмущающие силы в нелинейной задаче о качке судна с входом фальшборта и части палубы в воду. - Сб.НТО им.акад.А.Н.Крылова "Проблемы динамики корабля", Л.: Судостроение, 1977, вып.265, С.15-24.

15. Главная часть возмущающих сил при несимметричной качке судов, сопровождающейся входом палубы в воду.- Труды Калинингр.техн.ин-та рыб.пром-сти и хоз-ва, Калининград, 1979,вып. 81, С.24-37.

16. Анализ сведений об авариях судов от потери остойчивости в условиях заливания палубы. - Отчет о НИР/Калинингр.техн. ин-т рыб.пром-сти и хоз-ва; руководитель Н.Б.Севастьянов. -79-2.1.1 ; № ГР 76051533 ; инв.№ Б 800948, Калининград, 1979. Печати.реферат в Сб.реф.НИР и ОКР "Транспорт", 1980, № 6

- 44 -(15.06.001), М.: ВНТИЦ.

17. Физическое и математическое' моделирование опрокидывания судов. - Труды Калинингр.техн.ин-та рыб.пром-сти и хоз-ва, Калининград, 1982, вып.99, С.38-46.

18. Исследования по проблеме обеспечения остойчивости судов снабжения морских буровых установок. - Отчет о НИР/Кали-нингр.техн.ин-т рыб.пром-сти и хоз-ва ; руководитель Н.Б.Севастьянов.- 82-2.2.9/55580505 ; № ГР 76051534 ; инв.№028300464.-Калининград, 1982.Печати, реферат в Сб.реф.НИР и ОКР "Транспорт", 1984, № 15 (73.15.84.118), М.: БНТИЦ.

19. Алгоритм определения критических характеристик остойчивости судов снабжения морских буровых установок. - Отчет о НИР/Калинингр.техн.ин-т рыб.пром-сти и хоз-ва ; руководитель Н.Б.Севастьянов ; - 80-2.2.9/55580505 ; № ГР 76051534 ; инв.№ 02830046474'. - Калининград, 1982, Печати.реферат в Сб.реф.НИР и ОКР "Транспорт", 1984, № 15 (73.15.84.117), М.: БНТИЦ.

20. Об устойчивости стационарных режимов бортовой качки судна с учетом входа палубы в воду,- Труды Калинингр.техн. ин-та рыб.пром-сти и хоз-ва, Калининград, 1985, С.56-62.

21. Учет нерегулярности волнения в задаче.о бортовой качке судна при входе палубы в воду. - Труды Калинингр.техн.ин-та рыб.пром-сти и хоз-ва, Калининград, 1990, С.66-72.

22. Систематический модельный эксперимент по определению кренящего момента и сопротивления дрейфу. - Труды Калинингр. техн.ин-та рыб.пром-сти и хоз-ва, Калининград, 1990, С.121-127 (в соавторстве с Н.И.Коваленко)