СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА НА РАЗРУШАЮЩЕМСЯ ВОЛНЕНИИ
METHOD OF CONTROLLING SHIP STABILITY AT ROUGH SEA

Изобретение относится к судостроению, в частности к способам контроля остойчивости судна в условиях эксплуатации, и может быть использовано при создании навигационных экспертных систем.
Цель изобретения - повышение безопасности плавания судна путем повышения достоверности оценки остойчивости судна в условиях разрушающегося волнения.
Известно техническое решение оперативного контроля остойчивости в условиях эксплуатации остойчивости» - «Способ контроля остойчивости судна» по патенту №2091269 от 27.09.97. Это изобретение основано на развитии способа контроля остойчивости, изложенного в монографии Севастьянова Н.Б. Остойчивость промысловых судов. - Л.: Судостроение, 1979, с.187-190.
В качестве прототипа использован патент №2057678 от 10.04.96, содержащий техническое решение, требующее привлечения технологии экспертных систем. Недостатком этого способа является отсутствие возможности учета влияния на остойчивость разрушающихся на мелководье волн, что в целом снижает достоверность оценки остойчивости.
Технический результат достигается тем, что в случае разрушающегося волнения дополнительно измеряют глубину воды под килем судна, скорость угловых перемещений при бортовой качке, параметры деформируемой волны в заданном районе эксплуатации.
На чертеже (фиг.1) представлена обобщенная структурная схема устройства, реализующая предлагаемый способ.
Устройство содержит измерительный блок 1, включающий датчики угловых скоростей 2 и перемещений 3 при бортовой качке, осуществляющие регистрацию амплитуд θ и θ', а также «кажущегося» периода бортовой качки судна, датчик курсового угла волны 4, датчики линейных перемещений 5 и 6, определяющие осадки судна носом и кормой, датчик скорости судна 7, датчик глубины воды 8, датчик волнения (волнограф) 9, выходы которых соединены с модулем преобразования измерительной информации 10, включающим коммутатор 11, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12 и стандартный интерфейс 13, сигналы от которого поступают на вычислительный блок 14, реализующий алгоритм преобразования информации при оценке остойчивости, результаты работы которого выводятся на экран дисплея 15 и документируются с помощью принтера 16.
Способ контроля остойчивости судна осуществляют следующим образом.
н
к
к
к
м
Измеряют угловые перемещения θ при бортовой качке, осадки судна носом Т и кормой Т, «кажущийся» период волны τ, курсовой угол волны φ и скорость судна на нерегулярном волнении V, дополнительно измеряют глубину воды Н, угловую скорость θ' бортовой качки и вертикальные перемещения уровня жидкости h, определяющие параметры деформируемой волны.
При построении алгоритма контроля остойчивости использованы данные работ: [Холодилин А.Н., Шмырев А.Н. Мореходность и стабилизация судов на волнении. - Л.: Судостроение, 1976, с.307-327], [Нечаев Ю.И. Моделирование остойчивости на волнении. Современные тенденции. Л.: Судостроение, 1989, с.38-42, 218-222].
По данным измерений устанавливают:
M3%
M
M
1. Высоту волны 3%-ной обеспеченности h и среднюю длину волны λ путем статистической обработки волнограммы h(t).
0
G
2. Водоизмещение судна D, фактическую метацентрическую высоту h и аппликату центра тяжести Z
θ
w
m
где С=f(D); В - ширина судна, м; (τ) - средний период крупных колебаний при бортовой качке, с; Z - аппликата метацентра, м.
θ
θ'
3. Дисперсии амплитуд D и угловых скоростей D бортовой качки путем статистической обработки кривых θ(t) и θ'(t).
4. Амплитуду бортовой качки 0.1%-ной обеспеченности
где р=3,7.
5. Кинетическую энергию К качающегося судна в момент удара волны
где  - расчетное значение угловой скорости качки судна в момент удара гребня разрушающейся волны с учетом свободных затухающих колебаний:
θ
k
где n - число свободных затухающих колебаний; Т - период свободных колебаний судна с учетом влияния мелководья; ν - коэффициент демпфирования на мелководье; θ' - угловая скорость качки, приобретенная судном в результате удара разрушающейся волны,
1мв
y
G1
y
где I - момент инерции массы судна относительно продольной оси, а величины z, z и импульс удара I вычисляются по формулам:
аппликата центра удара волны
аппликата ЦТ судна с учетом присоединенной массы воды:
импульс удара
y
h
y
η
22
1max
I=0.5Pt, P=1,2λF.
22
24mid
0
22mid
1max
м3%
2
где s=2TIB; α - коэффициент полноты ватерлинии; λ - присоединенная масса воды; λ - статический момент присоединенной массы контура мидель-шпангоута; β - коэффициент полноты диаметральной плоскости; I=0.5prT - присоединенная масса контура мидель-шпангоута; F=1+3,5γ - максимальное значение ускорения в одиночной волне, где γ=h / Н.
7. Возможность опрокидывания судна при совместном действии качки и удара разрушающейся волны
d
где Т - запас потенциальной энергии в момент удара (определяется площадью диаграммы статической остойчивости М(θ) или максимальной ординатой диаграммы динамической остойчивости Т(θ).
∂
8. В случае невыполнения условия (11) судно выдерживает удар разрушающейся волны и наклоняется на угол динамического крена (θ)mах, определяемый в точке пересечения горизонтальной прямой, характеризующей кинетическую энергию К, и кривой Т(θ) диаграммы динамической остойчивости
Вследствие простоты стандартные геометрические построения, широко применяемые в задачах статики корабля, при интерпретации формул (11) и (12) не приводятся.
8. Возможность опрокидывания в процессе развития стремительного дрейфа судна от удара разрушающейся волны
где М(θ) - восстанавливающий момент; M(t) - кренящий момент, возникающий при дрейфе судна
p
где Z - аппликата приложения силы, обусловленной ударом разрушающейся волны; Qη, - поперечная горизонтальная сила неинерционной природы:
q
o
ηθ
q
η
q
q
где C - коэффициент сопротивления при дрейфе судна, S≈LT - площадь проекции подводной части корпуса судна на диаметральную плоскость; µ -присоединенный статический момент при установившемся дрейфе; Z - аппликата точки приложения силы Q; величины C и Z определяются по формулам:
1
2
3
4
0
0
d
0
d
0
d
где X=L/B-5,5; X=В/Т-2,0; Х=0,85-δ; Х=θ; при угле крена θ превышающем угол θ входа кромки палубы в воду θ≥θ следует принимать θ=θ.
Функциональная схема, реализующая способ контроля остойчивости судна на разрушающемся волнении работает следующим образом.
Данные измерений от блока датчиков 1, включающего измерители 2 и 3 угловых и линейных перемещений при бортовой качке, датчик курсового угла волны 4, датчики осадок судна носом и кормой 5 и 6, датчик скорости судна 7, датчик глубины воды 8, датчик волнения 9 поступают для предварительной обработки в модуль преобразования измерительной информации 10, где производится их коммутация 11 и обработка с помощью аналого-цифрового преобразователя 12, выход которого с помощью стандартного интерфейса 13 соединен со входом вычислительного блока 14, где на основе выражений 1-17 производятся вычислительные операции по анализу исходной информации и оценке возможности опрокидывания судна в момент удара волны и в условиях стремительного дрейфа, причем результаты работы вычислительного блока 14 демонстрируются на дисплее 15 и документируются с помощью принтера 16.