автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Накренение и опрокидывание малотоннажного судна при его заливании попутной волной

Калининградский государственный технический университет Комитета Российской Федерации по рыболовству

ЯРИСОВ Владимир Владимирович

УДК.629Л2-.532.28

на правах рукописи

НАКРЕНЕН11Е И ОПРОКИДЫВАНИЕ МАЛОТОННАЖНОГО СУДНА ПРИ ЕГО ЗАЛИВАНИИ ПОПУТНОЙ ВОЛНОЙ

05.08.03 - "Проектирование и конструкция судов"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на сонскание ученой степени кандидата технических наук

Калининград-1996

Диссертационная работа выполнена на кафедре теории и проектирован! судов Калининградского государственного технического университета Комитет Российской Федерации по рыболовству.

Научный руководитель: -

доктор технических наук, профессор АНАНЬЕВ Д.М.

Официальные оппоненты: -

доктор технических наук, профессор БОРОДАЙ И.К.

Ведущее предприятие : - I ЦНИИ МО РФ (кораблестроения ВМФ)

Защита состоится "21" февраля 1997 г. в 15°° на заседании Диссертацией ного Совета № К 117.05.02 при Калининградском государственном техническо; университете по адресу:

236000, г. Калининград обл., Советский проспект. 1.

тел.: (0112) 46-52-25,21-62-91 факс :(0112) 27-36-04

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮТУ. Автореферат разослан "//" 199 ¿"г.

кандидат технических наук, доцент КРЫЛОВ Б.С.

Ученый секретарь Диссертационного Совета канд. техн. наук, доцент

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Обеспечение безопасности мореплавания, предотвращение гибели судов и их экипажей является важной экономической и социальной проблемой. Наиболее тяжелой морской аварией является опрокидывание, которое влечет за собой гибель судна и весьма часто всего экипажа. Как показывает аварийная статистика, в том числе и собранная и обобщенная автором, большая доля судов, погибших от опрокидывания, приходится на малотоннажные суда длиной менее 40 метров, принимавшие большие количества забортной воды на палубу на попутном волнении или при курсовых углах, близких к попутному. При этом предпосылкой опасного накренения и опрокидывания служит снижение остойчивости на вершине волны и кренящий момент от воды, залившей палубу судна с корми. К отличительным особенностям этих судов относятся ограничения по погодным условиям, кормовая часть палубы, не защищенную ютом и другими кормовыми надстройками, а также сплошной фальшборт.

Эти суда по числу составляют около 70% от всех рыболовных. В шельфо-вом промысле они добывают до 75% общего улова. Добываемая ими рыба ценного видового состава поставляется потребителю в свежем, охлажденном виде и пользуется повышенных! спросом.

Введение 200 мильной прибрежной зоны лова рядом государств, подорожание ГСМ, истощение традиционных промысловых районов в ближайшем будущем приведет к дальнейшему увеличению роли и численности малотоннажных судов в мировом промысловом флоте.

В связи с многочисленностью малотоннажных судов и тенденцией дальнейшего развития малотоннажного рыболовного флота первостепенное значение имеет обеспечение безопасности мореплавания этих судов в вышесказанных условиях.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка методики оценки остойчивости малотоннажных судов в условиях заливания палубы на попутном волнении и оценка влияния особенностей надводной архитектуры малотоннажных судов нз остойчивость при движении на попутном волнении в условиях заливания палубы.

Методика исследований. В диссертационной работе использованы как теоретические, так а экспериментальные методы исследований для:

- определена основных причин аварий из-за потери остойчивости непо-фежденных малотоннажных судов, оценка особенностей этих судов и характе-)истик гидрометеорологических условий (на базе статистических данных);

- доработки к усовершенствования математических моделей, описывающих хинамику судна с водой на палубе;

- проведения систематических физических экспериментов по получению идродинамичесип характеристик качки, возмущающих моментов от воды на галубе, а также влкянию отдельных архитектурно - конструктивных элементов

надводной часта судна на остойчивость для типовой модели малотоннази рыболовного судна;

- экспериментальной проверки достовервссти полученных теорегаче« результатов и предложенной методики расчета критического возвышения ца масс судна в рассматриваемой ситуации.

Научное значение. В работе определены основные причины и особеннс аварий из-за потери остойчивости неповрежденных малотоннажных судо условиях заливания палубы. Установлено влияние на остойчивость в штормо условиях отдельных архитектурно-конструктивных элементов и некоторых раметров статической остойчивости в экстремальных гидрометеорологичес условиях, получена качественная оценка этого влияния. Исследование качк остойчивости малотоннажных судов на попутном волнении в условиях залива! палубы с кормы позволило провести идентификацию параметров математичес модели поведения судна, что позволило в дальнейших ее преобразованиях п изводить одновременный учет доминирующих факторов процесса опасного кренения.

Разработана простая физическая расчетная схема, на базе которой реали вана практическая методика определения критического возвышения центра жести судна в рассматриваемой ситуации и сформулированы критерии остой1 восга в виде, пригодном для целей нормирования.

Прикладное значение. Разработана методика расчета критической д) граммы остойчивости, элементы которой могут быть использованы в качес, параметров при расчете элементов проектируемого судна, выборе его архип турно-конструктивного типа, а также для экспертной оценки мореходных качес судов на попутном волнении. Результаты работы могут быть использованы п разработке норм остойчивости, для экспертизы фактических аварий от поте остойчивости, а также автоматизации научных и проектных исследований.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы внедрены в:

- I ЦНИИ МО РФ (кораблестроения ВМФ) (использованы в произвс ственной деятельности при разработке автоматизированной системы САШ "Чертеж - 4")

Рекомендации по оценке остойчивости малотоннажных судов на попу ном волнении в условиях заливания палубы одобрены и приняты во внимание:

- институтом Гипрорыбфлот;

- Пионерской базой океанического рыболовства "Океанрыбфлот" (г. Пи нерск Калининградской области).

Научные положения и выводы использованы ТОО "МОНИТОР СОФТ" ( Жуковский-7 М.О.) для уточнения базы математических моделей и экспертнь знаний новой информационной технологии научных и проектных исследований области мореходности кораблей.

Апробация работы. Об основных результатах, выводах и рекомендация: полученных в работе докладывалось:

- на НТК профессорско-преподавательского состава КГТУ (Калининград 1993/1994);

- о некоторых результатах работы докладывалось (со ссылкой на автора) В.В.Гарысавым ва международных конференциях HADMAR'91 (International Symposium on Hytfro-and Aerodynamics in Marine ENGINEERING, Varna, Bulgaria), HYDRONAV91 {9 Международный симпозиум по судовой гидромеханике, Гданьск, Польша, 1991 г.);

- в I ЦНИИ МО РФ (кораблестроения ВМФ);

- в ЦАГИ (г. Жуковский М.О.);

- на совете капитанов Пионерской базы "Океанрыбфлот", г. Пионерский Калининградской области;

-на заседании секции Мореходных качеств судов НТС Морского Регистра Судоходства РФ (г. Санкт - Петербург).

Материалы опубликованы в сборнике научных трудов КТИРПХ за 1993/1994 г., в трудах конференций: HADMAR'91 ,HYDRONAV91, а также в научно-техническом сборнике Морского Регистра Судоходства и получили положительную оценку. Также результаты работы внедрены в учебный процесс в Калининградском государственном техническом университете в виде теоретического курса и лабораторных работ.

Имеется 13 публикаций в печати по основному содержанию работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 4 глав, в которых предстаглены результаты теоретического анализа, экспериментального исследования и рекомендаций, введения, заключения, списка литературы (111 на русском и 47 на иностранных языках), приложений.

Общий объем работы 187 страниц, в том числе 103 страницы машинописного текста, 52 страницы рисунков, 10 страниц таблиц, 22 страницы приложений.

Автор вьгоазает глубокую признательность д.т.н., профессору В.В.Гарькавомл! за выбор направления исследования, полезные обсуждения и неизменную поддержку исследований, результатом которых стала эта работа.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

_Во введении обоснована актуальность исследования накренения и опрокидывания малотоннажных судов при заливании последних, сформулированы цели, задачи и методы исследовании; приведены краткие содержания исследований и характеристики, полученных в диссертационной работе результатов с данными об их практическом использовании.

Первая глава посвящена анализу аварийной статистики (аварийная статистика собиралась по форме, разработанной IMO, но несколько упрощенной), собранной и обойденной автором, постановке задач исследования и особенностям его решени* применительно к рассматриваемому типу судов и обзору состояния проблемы.

На основании многочисленных отечественных и зарубежных источник! выполнено обобщение, систематизация и классификация данных аварийной ет тистики и выявлены значимые причины и особенности гибели из-за поте] остойчивости малотоннажных судов в условиях запивания палубы на попутнс волнении.

По результатам проведенного анализа разработана методология и опред лен перечень научных исследований, включенных в диссертационную работу.

Определены статистические данные о типах и геометрических характер сгакау корпусов аварийных малотоннажных рыболовных судов, состоянии I нагрузки, остойчивости, скоростного режима, ориентации судов по отношению распространению волнения и ветра, характеристике гидрометеорологичесю условий на момент аварии, а также месте аварий.

По статистическим данным были определены опасные с позиций остойч] восга на попутном волнении в условиях заливания палубы значения геометрич ских характеристик корпуса, курсовых углов, бальности ветра и волнени Здесь характерен тот факт, что почти 40% аварийных судов полностью или I пределе удовлетворяли требованиям норм остойчивости Морского Регистр судоходства РФ (в дальнейшем Регистр).

В результате статистического анализа была выбрана категория судо длина которых не превышает 40 м, с удалением от порта убежища до 5 миль, с допустимым расстоянием между двумя местами убежища до 100 мил а также плавающих в закрытых морях в границах, установленных Регистром каждом случае, имеющих кормовую часть палубы, не защищенную ютом другими кормовыми надстройками и сплошной фальшборт, как нормально! так и пониженной высоты, геометрические характеристики, а также характер! сгики защищенного надводного борта, палубного колодца и фальшборта кс торых лежат в пределах (здесь и далее обозначения соответствуют общепринз тым в теории и проектировании судов):

1УВ = 2.82-5.19; Ш = 6.01-10.2; ВЮ= 1.75-2.50; ВМ= 2.04-4.00;

Ш = 1.14-1.64; а = 0.715-0.86; р = 0.640-0.70; 5 = 0.474-0.91;

' f А г А г

— <; 0.143 + -¿-,0 < <. 0.065 В 2 В В

— 5 0.199 — 055—^-,0.065 < < 1.00 (1) В В В к '

< 0.244 —¿-,100 0.300 В В в

ак = О.ОЗОЬ - 0.450 (относительный коэффициент палубного колодца -учетом коэффициента проницаемости верхней палубы - 0.6)

при 20 м < Ь ^ 40 м.

В обзоре литературы содержится краткая характеристика работ во исследуемой тематика или близких к ней, выполненных в нашей стране а за рубежом.

Исследованием изменения восстанавливающего момента в зависимости от параметров волнения, формы корпуса и скорости судна, а также разработки методов расчета остойчивости в этих условиях занимались в свое время О.Грим, С-Н-Благовещенский, ААрндг и С.Роден, И.К.Бородай, Ю.А_Нецветаев, Г.ВБиленский В-ВЛуговский, ДЛТаулинг, Ю.И.Нечаев, Н.Б.Севастьянов, МАВасько и ВБ.Образцов и др.

Анализом динамической остойчивости судна под воздействием внешней кренящей нагрузки при периодическом изменении восстанавливающего момента занимались: ПАФирсов, И.К.Бородай, ВА.Некрасов, Н.Б.Севастьянов, С.Кастнер, С .Роден, ДЛаулинг, В.В.Гарькавый, А.Ф .Медведь. Аналогичные по проблематике работы велись в Норвегии, Канаде, Японии и США, Польше.

О необходимости учета заливания палубы при ходе судов на попутном и косом попутном волнении отмечалось в работах В.В.Гарькавого, И.К.Бородая, НДРахманина, СХроховальского, Т.Чишия, К.Кавашимы, НЛакаиши, Е.Цухия, М.Кана, Н.Умеды и другими исследователями.

Заливание палубы забортной водой и ее скопление на верхней палубе судна -это широко празнанная опасность для остойчивости судна. Особенно это относится к малым и средним судам.

В рамках данной работы считаются известными:

- архитектурно - конструктивные типы малотоннажных судов;

- характеристики статической остойчивости рассматриваемых судов;

- особенности условий эксплуатации малотоннажных судов;

- данные о состоянии нагрузки малотоннажных судов;

- данные гварнйнои статистики малотоннажных судов в рассматриваемой ситуации;

Основньшя допущениями при решении данных задач являются следующие:

- рассматривается остойчивость неповрежденного судна, т.е. не учитывается возможность заливания внутренних помещений во время аварии;

- судно угравляемо; возникающие при крене разворачивающие моменты компенсируются перекладкой руля; курс судна сохраняется неизменным;

- рассматривается бортовая качка малотоннажного судна на попутном и косом попутном золненпи к системе свободных набегающих волн;

- окружаю пат судно жидкость считается идеальной, тяжелой, несжимаемой, имеющей неограниченную глубину;

- амплитуда набегающих волн и колебания судна считаются относительно малыми;

- влиянием дифракционной компоненты возмущающего момента от волнения пренебрегаем, так как рассматриваем режим, проявляющийся существенным

s

образом на длинных по отношению к судну волнам, когда дифракционная ко понента возмущающего момента мала по отношению к главной.

Далее на примере конкретного малотоннажного рыболовного судна MKT "Бателла" пр. В-275 были рассмотрены основные аспекты поведения малотс важных судов в рассматриваемой ситуации. МКТМ "Бателла" в качестве объек исследования выбран по ряду причин, определяющими го которых являются cji дующие:

- эти суда могут считаться типичными представителями малотоннажш судс|р по своему архитектурно - конструктивному типу, размерениям, геометр ческим характеристикам корпуса, условиям эксплуатации и т.д.;

- суда сравнительно новые, морально неустаревшие, отвечающие совр менным требованиям, предъявляемым к судам такого назначения;

- в составе рыболовного флота таких судов достаточное количество.

Во второй главе диссертации исследованы моменты, действующие на м лотоннажное судно при движении на попутном и косом попутном волнении условиях заливания палубы с кормы, а затем составляются дифференциалы« уравнения бортовой качки.

При движении на попутном и косом попутном волнении судно будет ист тывать периодическое изменение характеристик остойчивости. Как извести наиболее опасны волны с длиной, близкой к длине судна. Поскольку чаще всех направление ветра совпадает с генеральным направлением бега волн, а угловь флюктуации ветра малы, то вместо условного ветрового кренящего момент действующего на судно, был учтен реальный кренящий момент при заливани палубы с кормы.

При движении на попутном или косом попушом волнении характерны: являются единичные заливания палубного колодца большими массами забортно воды особенно при заливании судна особенно крутыми волнами с кругазно h„/Xw =1/11 - 1/9 (об этом свидетельствуют красноречивые описания аварий После прохождения такой волны судно с заполненным водой частично или цели ком палубным колодцем совершает динамическое наклонение под действие! кренящего момента, создаваемого этой водой как жидким грузом, принятым н верхнюю палубу.

Для определения кренящего момента от воды на палубе можно воспользо ваться подходом, разработанным В.В.Гарькавым на основании большой сери испытаний в малом и большом опытовых бассейнах КТИРПХ (ныне КГТУ) различными моделями судов на строго попутном волнении, уточнив при это* уровень воды в палубном колодце в зависимости от курсового угла, скоросп движения судна и характеристик волнения.

Кренящий момент от воды на палубе представлен в виде эмпирической за висимости:

■О/^/.Д-.А./^яа^-*,-^ <9<вг

^¿Н^И ' • (2)

где плечо хреяяшего момента от забортной воды на палубе находится из следующего выражения:

* т X

Функция, учитывающая сток воды после заливания палубы, имеет вид эмпирической зазиеимосги:

3.07

/(/./Г. К/^)=/п(Гг,Ь„/Х„Ж/)е—('-пт>\ (4)

где для учета влняння частоты волнения, скорости хода и курсового угла судка на заливаемость (ОРг, Ь»Л„) - средний уровень воды в палубном колодце) при ходе на попутном регулярном волнении следует использовать зависимость, полученную на основании результатов экспериментов по упомянутому выше траулеру в диапазоне чисел Фруда от 0 до 0.15, \\JXm от 1/11 до 1/15 и курсовых углов волнения е от 0 лэ 25°:

4, (Ег, ЬМ = [0.1 ОЕг - 2.10Й2 + 0.756)] [13.2(Ми) - 0.10] (5)

Для момента сил демпфирования используем квадратичную аппроксимацию пра скачкообразно изменяющемся коэффициенте сопротивления:

М^б! =-\У0: (6)

где = (7)

к = 1, если борт судна не вошел в воду ( /9/ <9г, где 8г - угол входа фальшборта в воду); к = 2, если осот судна вошел в воду (6 > 0/) и знаки ускорения и скорости бортовой качки совпадают; к = 4, если борт судна вошел в воду и знаки ускорения и скорости сортовой качки не совпадают. Значения коэффициентов

определены экспериментально В.В.Гарькавым и Н.Н.Рахманиным и подтверждены результатами нашего физического эксперимента.

Восстанавливающий момент представлен гармонической функцией по методу Ю.И.НечаеЕ-г

Мя(в,1, е) = -Э П(ё) - Л1(0)со5(ак1 - <ро)], (8)

Для вычисления значения плеча статической остойчивости для состояния на тихой воде используется полином пятой степени:

1(6) = Ьо + а93 + Ь95 (9)

а, Ь - коэффицнееты полинома, предложенные В^Тарькавым и В.С.Обрехтом.

Главная часть, вызванная волнением, возмущающего момента представл на зависимостью:

д*(9д,е) = В1(6)ат0 БШСТ^ (10)

Математическая модель бортовой качки судна на косом попутном регуля ном волнении в условиях эпизодического заливания палубы с кормы при длш волны равной длине судна, с использованием зависимостей (1-10) будет пре, ставдена дифференциальным уравнением: :

(1х+М«о)Э- Мв(9) - Мк(0,1, е) = <}*(9Д,Е) + М« (0,1,е), (11)

которую применим к курсам судна, отклоняющимся от строго попутного не б< лее, чем на 25°.

В диапазоне относительно низких частот, характерных для задач теори корабля, выявлена адекватность дискретной модели при использовании числе! ных методов интегрирования исходной непрерывной модели (в дифференциал! ной форме) лишь в том случае, если точность упомянутых численных методов н ниже четвертого порядка (например метод ЮС-4 порядка).

Дифференциальное уравнения бортовой качки решались численным мете дом, а именно методом Рунге - Кутга 4 порядка. Начальные условия, когда 1=С следующие: считается, что в начальный момент времени к системе приложе; начальный малый поперечный импульс который соответствует малому началь ному углу крена 9(0)= 90, 9(0) - 0О. Через определенное время после приложена первоначальной внешней силы система приходит к установившемуся режим] качки со средним углом крена 9уст « 90 и далее они уже рассматриваются в ка честве начальных условий. Результаты анализа позволили проследить закон» мерности изменения амплитуды бортовых колебаний и установить зависимости максимального ее значения от возмущающего момента от воды на палубе. Наи худшим в отношении остойчивости в условиях заливания палубы судна на по путном волнении является случай, когда 0(0) = 0>ст = 13...18°, 9(0) = 0, (числг Фруда при этом соответственно: 0.05...0.15), что это начальное условие соответствует воздействию внешнего кренящего момента от воды на палубе при положении кормового перпендикуляра судна на гребне волны. Если величина кренящего момента, возникающего при таких условиях, оказывается, близкой к опрокидывающему, то во время одного из размахов судно медленно достигает максимального угла динамического крена и в результате оказывается в неблагоприятной фазе по отношению к волнению, т.е. на вершине волны. В этом случае кренящий момент от воды на палубе практически ке изменяется (как показывают расчеты времени истечения воды с верхней патубы величина кренящего момента изменяется мало в течение 1-2 периодов собственный бортовых колебаний) и это обстоятельство приводит к опрокидыванию. С ростом курсового угла незначи-

телыго увеличивался амплитуда бортовой качки. Отмеченные факты были подтверждены экспериментальным путем.

В третьей главе диссертации приведены результаты экспериментального исследования по упомянутому выше траулеру.

Эксперимент заключался в следующем:

- определение уровня воды в палубном колодце в зависимости от скорости движения модели, курсового угла модели и параметров волнения;

- экспериментальная проверка полученных теоретических результатов (для математической модели бортовой качки на попутном и косом попутном волнении в условиях заливания палубы с кормы);

- определение частоты опрокидывания модели судна на сильном разрушающемся волнении;

- оценка влияния величины аппликаты центра тяжести судна на безопасность мореплаванзя в условиях крутого и разрушающегося попутного волнения;

- исследование влияния установки фальшборта в корме судна ("кормовых ворсгг") на заливзэюсгь модели при ее движении на попутном регулярном волнении.

Физические эксперименты проводились в экспериментальном бассейне Калининградского Государственного технического университета, снабженном пневматическим юлнопродуктором.

Испытывала^ основная и дополнительная серия моделей. Серия моделей судов А, В, С, О (рис.1) была разработана таким образом, что один вариант судна от какого-либо другого отличается только каким-либо архитектурно-конструктивным элементом. Архитектурно-конструктивные варианты судов А, В, С, Б в определенной степени охватывают основные типы эксплуатирующихся в настоящее время малотоннажных судов.

На рис.2 показаны в сопоставлении кривые экспериментальных записей в абсолютных координатах бортовой качки и расчетные кривые, полученные для математической модели бортовой качки на попутном волнении с теми же характеристиками, что з у физической модели.

Из рисунксз зидно, что расчетные данные отклоняются от экспериментальных в сгорою некоторого завышения амплитуд качки. Это отклонение можно объяснить влишнем продольной качки, а также отличием реальных значений коэффициента деадхфнрования и присоединенного момента инерции от принятых в расчете (особенно после входа палубы в воду).

Тем не менгг расчетные данные правильно отображают нарастание и опрокидывание модела на попутном волнении.

Исследования показали, что:

1. упрошенная математическая модель без учета килевых и вертикальных колебаний, полней динамики воды в палубном колодце, использующая весьма сильную схематизацию нелинейных эффектов при заливании палубного колодца

"С" "Б" Рис.1. Архитектурно-конструктивные типы малотоннажных судов. "А"- гладкопалубное судно с баком и с фальшбортом на главной палуб« (бак до 4 теоретического шпангоута), без "кормовых ворот", высот: фальшборта 1.1м, базовый вариант; "А*"-тоже с "кормовыми ворота ми"; "В"- гладкопалубное судно с баком (бак до 4 теоретического шпангоута); "С"- гладкопалубное судно с баком и с фальшбортом на главной палубе (бак до 7 теоретического шпангоута), высота фалыпьорта 1.1 м, бе; "кормовых ворот"; "О"- гладкопалубное судно с баком (бак до 7 теоретического шпангоута)._

Вариант Вариант Ь^В 1«® е»

судна остойчивости

АЛ* I 0.919 0.077 0.054 51 76

П 1.029 0.033 0.031 50 65

дает удовлетворительные числовые результаты и пригодна для приближенных количественных оценок;

2. установка фальшборта в корме уменьшает (примерно на 15% - 17%) за-ливаемостъ модели;

3. при воздействие на судно разрушающейся попутной волны - наиболее безопасным является судно "Б"- гладкопалубное судно с баком (бак до 7 теоретического шпангоута), без фальшборта и "В" - гладкопалубное судно с баком (бак до 4 теоретического шпангоута), без фальшборта. Установка фальшборта на главной палубе судна варианты "А" и "С" приводит к резкому повышению вероятности опрокидывания;

4. наиболее интенсивное заливание палубы с кормы наблюдалось при длинах волн ^=(1.0-1.5)1,, интенсивность заливания уменьшается с ростом скорости хода судна;

5. изменение скорости и курсового угла влияет на заливаемость палубы достаточно сильно, для приближенных количественных оценок следует пользоваться выражением (5);

В'

во

к

-яг

1 *

. _1--1—- / т-а ¿зол -1-

Рис.2. Сравнение результатов расчета и эксперимента (модель-вариант "А", II вариант остойчивости, е=0°, V я 0.25 м/с, А», ~ 2.1 м, « 0.24м, момент времени, когда вода заливает верхнюю палубу). Кривые под номером "1" представляют экспериментальную запись, а кривые под номером "2" расчетную.

6. амплитуды бортовой качки получаются незначительными, порядка 10 -13° для попутного волнения и немного выше или того же порядка для косого попутного волнение.

7. опыты подтвердили возможность возникновения параметрического резонанса борговьк колебаний на косом попутном волнении;

8. опрокидывание модели на нерегулярном волнении происходит через несколько колебаний при воздействии группы высоких волн примерно одинаковой интенсивности, т. е. пакетов волн, близких к регулярным;

9. величина кренящего момента от воды на палубе даже при тонком слое может достигать сюлыпон величины, при этом начальная метацентрическая высота может стать равной нулю или даже отрицательной, при этом аппликата центра величины достаточно сильно увеличивается, судно в этих условиях практически не испытывает качки, что и отмечено в эксперименте;

10. опыты показали, что остойчивость малых в средних рыболовных суде отвечающая Требованиям Регистра, не гарантирует безопасности море плавай на попутном волнении в условиях заливания палубы с кормы;

В четвертой главе диссертации рассмотрена прикладная задача накрен ния и опрокидывания малотоннажных судов на попутном волнении в условн заливания палубы, использующая результаты предыдущих глав.

На основе теоретических и экспериментальных исследований создш практическая методика определения критического возвышения аппликаты цент] тяжести судна в рассматриваемой расчетной сшуации, где в отличие от традиц онных схем в случае заливания палубы амплитуда качки не рассчитывается, сопоставляется работа кренящего момента от воды на палубе судна и восстал вливающего, как это предложено Тсутоми Тшичия (ТвиЮти ТзЫсЫуа Н.Н.Рахмашшым, В.В.Гарькавым.

Для регулярной волны с данной, равной длине судна с крутизне

Ь„Л»,= 1/11, по результатам систематических испытаний Ю.И.Нечаева определ; ем приращение плеча статической остойчивости на вершине волны (|А1а|) в зав! сим ости от угла крена, ширины судна, параметров формы 17В, В/с1, Т)/А, и числ Фруда (1т = 0).

Ординаты расчетной диаграммы остойчивости для положения судна н вершине попутной волны определяются следующим выражением:

где 1 (9) - плечи исходной диаграммы статической остойчивости на тихой воде.

Для каждого расчетного варианта нагрузки должны быть построены: ис ходная диаграмма статической остойчивости судна, диаграмма остойчивости н вершине попутной волны в вышеуказанных условиях, диаграмма плеч кренящег момента от воды в палубном колодце.

Критическое возвышение центра масс судна в расчетной ситуации опреде ляется из условия равенства площадей "а" и "в" на рис.3 (условие равенства ра бот восстанавливающего момента судна соответствующего расчетной диаграмм* статической остойчивости и кренящего момента от воды на палубе судна), гд кривая плеч кренящего момента строится по зависимости (3).

Методом последовательных приближений добиваемся равенства площадей "а" и "в" (рис.3) и получаем искомую диаграмму статической остойчивости. Зна чение аппликаты центра тяжести судна в рассматриваемой ситуации будет кри тическим. При этом минимально допускаемое значение начальной метацентри ческой высоты не может быть меньше значения, при котором статический крет от воды на палубе равен углу в 3/4 от угла входа фальшборта в воду:

«9) = 1(0) - |А1„(9)|

(12)

2(/ + /»/) В

Приближении методика расчета критического возвышения центра тяжести судна при ходе на попутном регулярном волнении в условиях заливания палубы, хорошо зарекомендовала себя при экспериментальной ее проверке и может быть рекомендована дм практического применения в случае, когда крутизна волн не превышает 1/11. Обобщение методики на случай волнения произвольной крутизны трудностей не представляет.

Рис.3. Схема ха определения критической диаграммы статической остойчивости при которой величина аппликаты центра тяжести судна будет критической.

1«- ординаты хтеч кренящего момента; 1е - ординаты плеч диаграммы статической остойчнзести; 1г- ординаты плеч расчетной диаграммы остойчивости.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Полученные з итоге диссертационного исследования результаты, являющиеся предметом ;л щиты, в укрупненном плане могут быть изложены следующим образом.

1. На основании многочисленных отечественных и зарубежных источников выполнено обобщение, систематизация и классификация данных аварийной статистики и зыявлены значимые причины и особенности гибели из-за потери остойчивости малотоннажных судов в условиях заливания палубы на попутном волнении.

По результатам проведенного анализа разработана методология и опред< лен перечень научных исследований, включенных в диссергационну] работу.

2. Для выполнения экспериментальной части исследования автором бь ла разработана специальная программа управления работой волнопродуктор опытового бассейна, генерирующего волнение с необходимыми характера стеками, в условиях которого проводилась серия экспериментов на спроекги рованном и изготовленном базовом варианте самоходной модели типового иг лотоннажного судна с большим палубным колодцем.

За счет изменения надводной части корпуса базовой модели по модуль ному принципу удалось охватил, все основные компоновочные решения мало тоннажных судов, рассмотренных при анализе аварийной статистики.

3. На основании серийных систематических испытаний в рассматри ваемой расчетной ситуации установлено влияние на явление накренения и опро кидывания архитектурно-конструктивных элементов и характеристик остойчи вости.

4. По результатам экспериментальной часта диссертации была произведе на идентификация параметров математической модели поведения судна Эт< позволило в дальнейших ее преобразованиях производить одновременны! учет доминирующих факторов процесса опасного накренения с учетом скачко образного изменения момента сил сопротивления и кренящего момента от водь в палубном колодце в зависимости от условий режима пггормования и конфи гурации кормовой оконечности.

5. На основе теоретико-экспериментальных исследований разработана методика расчета критической диаграммы остойчивости, элементы которой могу] быть использованы в качестве параметров при расчете элементов проектируемого судна на разных стадиях проектирования, при выборе его архитектурно-конструктивного типа, а также для экспертной оценки мореходных качеств судов на попутном волнении и анализе фактических аварий.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Ярисов В.В., Гарькавый В.В. Статистические данные по опрокидыванию судов в условиях заливания палубы, Доклад на 9 Международном симпозиуме по судовой гидромеханике - Гидронав - 91, Гданьск, 1991.

2. Ярисов В.В., Сухаревская Г.А. Расчеты на ПЭВМ эквивалентных характеристик инерции, демпфирования и остойчивости судов с жидким грузом. Доклад на XIV студенческой НТК ВУЗов Минрыбхоза СССР, КВИМУ, Калининград, 1991, -11 с.

3. Ярисов В.В. Исследование качки и остойчивости рыболовных судов на попутном волнении в условиях заливания палубы с кормы: Отчет о

НИРЛСШРПХ; руководитель ВЗТарьхавый. 91-51.1.1, - Калининград, 1992, -274 с.

4. Ярисов В JB. Разработка предложений для нормирования остойчивости малотоннажных судов, исходя из аварийных ситуаций на попутном волнении: Отчет о НИРКТИРПХ; руководитель Д.М_Ананьев. 93-51.5.1, - Калининград, 1993, - 66 с.

5. Ярисов ВВ. Анализ аварий рыболовных судов от потери остойчивости в условиях заливания палубы. В сб.: Тезисы докладов на научно - технической конференции профессорско -преподавательского состава, аспирантов и сотрудников КТИРПХ. Судостроительный факультет, Калининград, 1993.

6. Ярисов ВВ. Исследование физики картины накренения и опрокидывания малотоннажных су дов на попутном волнении в условиях заливания палубы с кормы. В сб: Тезисы докладов на научно - технической конференции профессорско - преподавательского состава, аспирантов и сотрудников КТИРПХ. Судостроительный факультет, Калининград, 1994.

7. Ярисов В 3. Анализ аварий рыболовных судов от потери остойчивости в условиях заливания палубы. //Проектирование и нормирование мореходных качеств судов: Труды КТИРПХ, 1994, - с. 114 - 130.

8. Ярисов ЗЛЗ. Исследование остойчивости, качки и заливаемости судов на попутном волнении в условиях заливания палубы с помощью математического и физического экспериментов. //Проектирование и нормирование мореходных качеств судов: Труды КТИРПХ, 1994, - с. 130 - 144.

9. Ярисов ВВ.. Ананьев Д.М. Накренение и опрокидывание малотоннажного судна при его заливании попутной волной. Научно - технический сборник Российского Морского Регистра Судоходства, вып. 1, СпБ.: Транспорт, 1996 (в печати).

10. Ярисов В В., Взлькман Ю.Р., Суворов А.И., Уткин А.И. Идентификатор параметров математических моделей технической и предельной устойчивости судов и ксраёлей базы данных системы математического моделирования "МАМОД" СА1-1ПР "Чертеж - 4". Отчет о НИР/ 1 ЦНИИ МО РФ (кораблестроения ВМФ), 1996 г. - 89 с.

11. Ярисов Б В., Костельцев A.B., Уткин А.И. К вопросу о динамической устойчивости численных методов интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка в задачах качки корабля. Отчет о НИР/СПИИРАН, 1 v96 г. - 30 с.

12. Ярисов В .В., Иванищев В.В., Уткин А.И. База данных визуализированных моделей з форме алгоритмических сетей для решения задач мореходности судов и кораблей. Отчет о НИР/СПИИРАН, 1996 г. - 62 с.

13. Yarisov V.V., and others. Mathematical model investigation of ship's rolling on following waves with water on the upper deck. Report of the International