Обоснование применения метода штормовых зигзагов для обеспечения плавания балкеров

Введение……………………………………………………………….………….. 5
1 Анализ условий штормового плавания с применением штормовых
зигзагов, обеспечивающих безопасный и эффективный переход балкера… 7
1.1 Анализ существующих методов обеспечения безопасности и
эффективности перехода балкера в условиях шторма…………… 7
2 Модель движения балкера в условиях штормового плавания……………… 12
2.1 Определение составляющих сил в модели движения балкера…... 12
2.2 Расчет скорости балкера, основанный на составляющих
сопротивления движению и паспортных диаграмм в условиях
ветра и волнения……………………………………………………. 17
2.3 Расчет составляющей силы сопротивления……………………….
2.3.1 Определение силы сопротивления среды и
буксировочной мощности…………………………………
2.3.2 Расчет паспортной диаграммы балкера типа "Пана-макс"
на тихой во-де………………………………………………. 22

22

25
3 Формирование метода безопасного и эффективного штормового зигзага... 28
3.1 Определение параметров безопасного и эффективного
штормового зигзага с использованием диаграммы скорости
в зависимости от курсового угла ветра и волнения………………
3.1.1 Причины, приводящие к необходимости выполнения
штормового зигзага при боковом волне-нии……………...
3.1.2 Метод выполнения обоснованного штормового зигзага
при боковом волнении……………………………………. 28

36

41
Заключение ………………………………………………………………………. 51
Список использованных источников …………………………………............... 54
Приложение А. Схема движения судна предложенным штормовым зигзагом
при бортовых курсовых углах ветра и волнения…………….. 55

Весь текст будет доступен после покупки

Задача обеспечения безопасности в условиях шторма всегда была одной из наиболее важных для мирового судоходства. По данным международной морской организации (ИМО) более 70 % всех аварий судов, приведших к их гибели, происходит в условиях штормового моря. С самого раннего этапа развития судовождения и теории судна как науки лучшие специалисты посвящали свои труды вопросам обеспечения безопасности судна в условиях взволнованного моря.
Современное судоходство носит международный характер, попадающий под международные требования, сформулированные в Конвенции по охране человеческой жизни на море (СОЛАС-74). На современных судах появились и ста-ли обязательными для применения новые виды навигационной техники, такие как: ЭКНИС, САРП, АИС и другие. В этих навигационных приборах совмещается решение многих видов задач, связанных с прогнозированием и обеспечением безопасности перехода судна. Однако решение задач обеспечения безопасности штормового плавания при прогнозировании перехода судна и расхождении со штормом до сих пор остается на прежнем уровне. Кроме того, использование существующих диаграмм Ю. В. Ремеза, А. И. Богданова и других в современной и перспективной навигационной аппаратуре представляет определенные трудности и может отвлекать судоводителя от решения основных задач.
Современные балкера представляют значительную часть мирового флота. Опыт крупнейших морских аварий, связанных с гибелью судов и приводящих к крупным загрязнениям морской акватории и окружающей среды связан с авариями балкеров в условиях шторма.
При сохранении значительной аварийности мирового флота, во время плавания судна в шторм, необходимы методы обеспечения безопасности штормового плавания балкеров, которые могут использоваться судоводителем для опера-тивного решения различных задач безопасности судна и груза в условиях шторма, а также могут применяться в современной и перспективной навигационной аппаратуре. Помимо этого, необходимо развитие методов обеспечения безопасности и эффективности штормового плавания балкеров, которые позволят решать задачи обеспечения безопасности штормового плавания без значительного отклонения от прежнего режима движения, что даст возможность не только обеспечивать безопасность, но и снижать затраты на переход судна в условиях морского волнения, что является актуальной темой для исследования.

Весь текст будет доступен после покупки

С увеличением частоты судоходства безопасность мореплавания стала серьезной проблемой, особенно когда рассматриваются экономические потери, человеческие жертвы и экологические проблемы. В качестве способствующего фак-тора состояние моря играет важную роль в обеспечении безопасности судоходства. Однако типы опасных морских условий, которые приводят к серьезным авариям на море, недостаточно хорошо изучены. Возникновение морского ветра и условий волнения представляют угрозу для балкеров, особенно когда период волны и период собственных колебаний судна совпадает.
Судоходная отрасль обеспечивает 90% всей мировой торговли по объему морских перевозок [1]. В настоящее время перевозка груза морским транспортом является процветающим бизнесом, который переживает рост как по количеству, так и по размерам судов. Значительную часть всех судов составляют балкера [2]. Балкера типа «Панамакс» являются более востребованными, так как большинство гаваней и каналов, через которые следуют балкера типоразмеров VLCC и тем более ULCC, слишком малы для прохода таковых. В результате, балкера типа «Панамакс» стал предпочтительным вариантом для перевозки навалочных грузов по морским путям [3]. Однако из года в год все большую озабоченность вызывают судовые аварии, а также связанные с ними разрушительные последствия, включая жертвы, экономические потери и различные виды загрязнения окружающей среды.
По данным международной морской организации, более 70 % всех аварий, приведших к гибели судна, произошли именно во время штормового плавания. На данном этапе развития судоходства отсутствует комплексный подход, связанный одновременно с решением задачи обеспечения безопасности мореплавания и эффективным движением по заданному курсу во время штормового плавания. Решением задачи, связанной с обеспечением безопасности, является избежание попадания судна в опасные зоны резонанса по различным видам качки. Однако в условиях меняющейся погоды, морская поверхность слишком сложна для прогнозирования, особенно в короткие сроки, и наиболее точное представление о морском волнении и ветре получают сами моряки, находясь на борту судна.
База данных об авариях из отчетов о морских катастрофах, опубликованных (ИМО), включает информацию о происшествии, такую как время и координаты аварии, начальное событие, сводка, тип случая и тип судна. Согласно описанию начальных событий относительно причин аварий, зафиксированных в от-четах, эти случаи охватывают различные виды аварий, вызванных природными и человеческими факторами. Хотя непосредственные человеческие факторы, при-водящие к судовым авариям, зафиксированным в отчетах (ИМО), возможно, бы-ли косвенны, в связи с опасным состоянием морской поверхности или суровой погодой.
Например, когда аварийные случаи на судах классифицируются как посад-ка на мель или затопление, суда могут пострадать от различных видов опасных состояний морской поверхности или плохой погоды, включая параметрическую качку, удары, напряжения при изгибе и кручении и/или попадании воды на палубу, все это может снизить остойчивость судна и, следовательно, привести к посадке на мель или затоплению.
Различные типы судов реагируют по-разному, когда они сталкиваются с потенциально опасными морскими условиями, из-за их различных структур и функций. Состояние моря описывается тремя параметрами:
– высота волны;
– период волны;
– направление волны.
Сильный ветер и высокие волны могут вызвать неблагоприятное состояние морской поверхности, которое действительно является основным факторам риска для морской деятельности. Однако потенциальная опасность волн с относительно низкой высотой, как правило, недооценивается. Сопутствующий ветер и волна, особенно когда различия в их средних периодах и направлениях средних волн соответствуют определенным условиям, могут привести к опасному штормовому плаванию и представлять опасность для судоходства. Море и ветер действитель-но оказывают значительное влияние на безопасность судоходства, и во многих случаях высокие волны, вызванные ветром, могут привести к серьезным жертвам на судах. Мореходное качество судна и мореходность на волнении, также играют ключевую причинно-следственную роль в этих авариях.
Среди мореходных качеств судна, качка и мореходность на волнении занимают одно их важных мест и определяются теми негативными последствиями, которые могут оказывать опасные явления штормового плавания на безопасность судна и груза. Большинство аварий и морских катастроф, не считая столкновения судов и пожаров, произошли при плавании судов в шторм при интенсивной качке или при смещении грузов вследствие качки.
Мореходность судна на волнении объединяет следующие свойства и явления, характерные для судна в штормовом море:
– бортовая, килевая и вертикальная качки;
– ускорения от качки и инерционные силы и перегрузки;
– заливаемость палубы и надстроек;
– ударные нагрузки на корпус судна и слеминг;
– изменение остойчивости на кормовых курсовых углах;
– разгон гребного винта и двигателя от качки;
– захват судна волной и брочинг (для малых судов).
Каждый из перечисленных факторов может представлять серьёзную опасность и быть причиной аварии судна или груза.
Одним из самых распространенных методов эффективного перехода балкера, является дифферентовка судна за счет распределения объемов балласта, который принимается на судно. С увеличением дифферента на корму появляется возможность оптимизировать положение надстройки и площади проекции надводной части судна на плоскость мидель-шпангоута. Как показывают теоретические исследования, многочисленные модельные и натурные эксперименты, применение оптимальной ватерлинии или оптимального дифферента является од-ним их самых эффективных средств увеличения скорости судна, снижения ходового времени и уменьшения затрат на топливо, за счет снижения сопротивления движению судна.
Снижение скорости является методом обеспечения безопасного плавания судна, поскольку при повышенной скорости появляются опасные для судна про-явления штормового плавания. Целью снижения скорости является защита корпуса от ударов волн, слеминга, ударов в развал бортов, скручивания и вибрации корпуса. Палубу в этом случае защищают от заливания, а энергетическую установку от динамических перегрузок по причине колебаний гидродинамической нагрузки винта.
Самым практикуемым и распространённым методом штормового плавания является подбор безопасного курсового угла ветра и волнения, который определяется “на глаз”, исходя из имеющегося опыта плавания конкретного судоводителя, принимающего решение. Однако не всегда учитывается преобладающая си-ла сопротивления к конкретному судну и состоянию его загрузки.
Использование штормовых диаграмм и номограмм учеными, которые внесли значительный вклад в развитие повышения безопасности при штормовом плавании, является самым безопасным методом маневрирования при плавании в шторм.
Существующей проблемой, которая возникает при выполнении эффективного и безопасного маневрирования, является отсутствие комплексного подхода к решению данной задачи. На основании выполненного анализа существующих методов обеспечения безопасности и эффективности перехода судна в условиях шторма, можно сделать достаточно важные с научной и практической точки зрения выводы:
1. существующий метод оптимизации посадки судна за счет распределения объемов балласта, является эффективным методом [4], однако, данный метод рассматривается только с точки зрения эффективности, не решающий вопрос, связанный с безопасностью. Отсутствие конкретной информации в существующей литературе, связанной с увеличением скорости в данном методе, определяет необходимость разработки эффективного и безопасного метода штормового плавания, предложенного в данной работе;
2. метод намеренного снижения скорости судна при штормовом плавании предусматривает вопросы, связанные с обеспечением безопасности [5], однако при снижении скорости плавания и переход судна в порт назначения будет неэффективным. Помимо этого, при неправильном подборе безопасной скорости появляются риски полной остановки судна, разворота лагом к волне, вследствие чего судно может опрокинуться;
3. отсутствие способов подбора конкретного курсового угла ветра и волнения в самом распространённом методе штормового плавания, определяет необходимость разработки обоснованного безопасного и эффективного маневрирования;
4. использование диаграмм и монограмм известных ученых, определяет безопасные значения курсового угла ветра и волнения, без решения за-дач, связанных с эффективностью.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Формируя морское судоходство. [Электронный ресурс]. –Режим доступа: https://www.iso.org/ru/news/ref2588.html (Дата обращения: 30.12.2022).
2 Морской флот отечественных компаний. Аналитика. Морские вести Рос-сии.
[Электронный ресурс]. –Режим доступа: http://www.morvesti.ru/analitika/1689/90465/
(Дата обращения: 10.01.2023).
3 Афрамакс. Свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]. –Режим до-ступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Афрамакс (Дата обращения: 15.01.2023).
4 Ершов, А. А. Безопасность штормового плавания судна / А. А. Ершов, А. В. Теренчук // Научно-технический вестник Поволжья, №3, – 2015. – С. 129-131.
5 Выбор безопасных скоростей и курсовых углов при штормовом плавании судна на попутном волнении (РД 31.00.57.2-91) / ЗАО ЦНИИМФ. – СПб, 2002. – 9 с.
6 Кондриков, Д. В. Диаграмма штормового плавания судна / Д. В. Кондри-ков, В.Б. Липис // Труды ЦНИИМФ: Вып. 153, 1972. – 153 с.

Весь текст будет доступен после покупки