Способы расчета непотопляемости и остойчивости судов

Обновлено: 02.05.2024

Под расчетом непотопляемости понимают определение параметров посадки и остойчивости судна после затопления одного или нескольких водонепроницаемых отсеков. Эти расчеты можно выполнять двумя теоретически совершенно равноценными методами.

Первый метод заключается в том, что влившуюся воду рассматривают как принятый груз и расчет непотопляемости производится по формулам для приема груза с учетом влияния свободной поверхности воды, если она имеется. Этот метод носит название метод приема груза.

Второй метод заключается в том, что затопленный отсек вместе с заполняющей его водой рассматривают как не принадлежащий судну. Отсек как бы вырезан из судна, наружные обводы которого в этом районе заменены переборками, платформами и палубами, ограничивающим отсек. Водоизмещение судна при этом остается без изменения, изменяется только форма его погруженной части. Этот метод носит название – метод постоянного водоизмещенияилиметод исключения.

Оба метода основаны на одних и тех же допущениях, поэтому они дают одинаковые окончательные результаты. Практически для вычисления посадки и остойчивости судна при затоплении отсеков, не сообщающихся с забортной водой, применяют метод приема груза, так как в этом случае на судно в действительности принимается неподвижный или жидкий груз. Для расчета результатов затопления отсеков, сообщающихся с забортной водой, лучше применять метод постоянного водоизмещения, так как вода, влившаяся в отсек, проявляет себя как забортная. Если же в этом случае применить метод приема груза, то для отсеков открытых сверху или не залитых целиком, вес принятого груза будет зависеть от посадки судна, так как уровень воды в отсеке будет совпадать с уровнем забортной воды. Учет этого обстоятельства сильно усложняет расчет.

Объем воды влившейся в отсек определяют по формуле

где μ – коэффициент проницаемости;

v₀– теоретический объем затопленного отсека, вычисленный по теоретическому чертежу.

§ 9.4. Классификация затопленных отсеков

При затоплении отсеков судна возможны различные варианты их заполнения. В зависимости от характера затопления различают пять категорий затопленных отсеков (рис.79):

Рис. 79. Схема классификации затопленных отсеков

IIкатегория (отсеки 3 и 5) – частично затопленные отсеки (имеющие свободную поверхность), не сообщающиеся с забортной водой;

IIIкатегория (отсек 7) – частично затопленные отсеки, сообщающиеся с забортной водой и атмосферой;

Vкатегория (отсек 4) – отсеки, затопленные частично по кромку пробоины или открытого забортного отверстия.

На практике, рассматривают влияние на посадку и остойчивость судна только первых четырех категорий. Отсеки затопленные по Vкатегории рассматривают как затопленные поII.

К отсекампервой категорииотносят поврежденные отсеки расположенные ниже ватерлинии (цистерны двойного дна, диптанки), а также неповрежденные отсеки, целиком заполненные забортной водой. Объем таких помещений не значителен (для обычных судов не превышает 15% объемного водоизмещения судна), поэтому

опасаться потери судном запаса плавучести, нет оснований. Расход запаса плавучести судна равен объему воды влившейся в отсек. Остойчивость судна при этой категории затопления улучшается (отсеки расположены ниже нейтральной плоскости). Большую опасность для судна представляет несимметричное затопление отсеков, при котором допустимый угол крена не должен превышать 20 0 . Если аварийный угол крена окажется больше допустимого, необходимо принять меры по спрямлению судна. Расчет параметров посадки и остойчивости аварийного судна при затоплении отсеков первой категории, может быть выполнен методом приема малого груза, или по диаграммам КТИРПиХ, Фирсова-Гундобина и др.

К отсекамвторой категории относят отсеки, имеющие фильтрационную воду из смежных поврежденных отсеков или через заделанную пробоину. Вода в этих отсеках, может появиться в результате тушения пожаров или частичного затопления из поврежденных судовых систем. Очевидно, что отсеки второй категории, могут находиться ниже и выше ватерлинии. Расчет посадки и остойчивости судна после затопления отсека второй категории выполняют методом приема жидкого груза. Изменение плавучести при затоплении отсека второй категории аналогично изменению плавучести при затоплении отсека первой категории. Учитывая значительные объемы отсеков, которые могут быть затоплены по второй категории, следует опасаться потери судном запаса плавучести. Свободная поверхность ухудшает остойчивость судна, причем потеря остойчивости будет больше в высоко расположенных широких отсеках.

Затопление отсеков по третьей категории, свободно сообщающихся с забортной водой, происходит через пробоину или при аварии забортной арматуры. В отсеке третьей категории вода всегда находится на одном уровне с забортной водой, поэтому ее количество меняется с изменением посадки судна. Параметры аварийного судна при затоплении таких отсеков рассчитывают методом постоянного водоизмещения. Весь отсек исключается из запаса плавучести судна, так как вода может беспрепятственно заполнять надводный объем отсека. Изменение начальной остойчивости определяется влиянием геометрии и координат центра тяжести потерянной площади ватерлинии. Степень падения остойчивости увеличивается с увеличением ширины судна. При затоплении отсеков третьей категории у широких судов (B/d> 3,5) следует опасаться как потери остойчивости, так и потери плавучести, а у узких судов – только потери плавучести.

Затопление отсека четвертой категорииможет возникнуть при поступлении воды через низкорасположенное повреждение при герметичности отсека. При затоплении герметичного отсека четвертой категории потеря запаса плавучести определяется количеством влившейся воды, а потеря остойчивости будет промежуточной между потерями остойчивости при затоплении аналогичных отсеков второй и третьей категорий при равных объемах влившейся воды.

Для отсеков второй, третьей и четвертой категорий при рассмотрении отрицательного влияния свободных поверхностей воды необходимо учитывать изменение не только начальной остойчивости судна, но и остойчивости на больших углах крена.

Таким образом, наибольшую опасность для судна представляет затопление отсеков второй и третьей категории, особенно, если они имеют большую ширину и длину. Велика также опасность затопления высоко расположенных отсеков. Поэтому, в процессе в процессе борьбы с водой, воду из затопленных помещений на верхних палубах необходимо спустить в лежащий ниже отсек.

После заделки пробоины в отсеке третьей категории, он переходит в отсек второй категории. При этом переходе может измениться остойчивость судна. Существенное изменение остойчивости будет происходить в процессе откачки воды из отсека второй категории. Поэтому прежде, чем приступить к откачке воды, следует тщательно оценить остойчивость судна при различных уровнях воды в отсеке.

Остойчивость судов, лодок, катамаранов или яхт — это свойство, позволяющее плавсредству регулировать равновесие и противостоять воздействующим на него внешним факторам, которые могут вызвать крен или дифферент. Под понятием равновесие принимается положение плавсредства, имеющее допустимую величину углов дифферента и крена.

Отклоненное от такого положения плавучее средство должно самостоятельно возвращаться к сбалансированному равновесию. Иными словами остойчивость отвечает за балансирование судов на водной поверхности и проявляется когда оно выходит из изначального равновесия.

Остойчивость – одно из ключевых качеств судна, помогающее ему бороться с сильным ветром, волнами, штормом и иными внешними воздействиями. Каждое судно обладает своим запасом остойчивости (зависит от водоизмещения), уберегающим его от опрокидывания.

Виды и критерии остойчивости судна

В зависимости от плоскости наклонения различают два вида остойчивости судна: поперечная отвечает за балансирование при крене, продольная – при дифференте. Большинство морских судов имеют удлиненную форму своего корпуса, следовательно, они наиболее уязвимы при крене, нежели при дифференте.

По этой причине при постройке морского судна уделяется особое внимание именно его поперечной остойчивости. К продольному виду особых требований нет, так как удлиненные суда практически невозможно перевернуть через нос или корму.

По характеру воздействующих на судно сил бывает динамическая и статическая остойчивость, различие в которых зависит от воздействующих внешних факторов и определяется по следующим критериям:

Статическая – рассматривается, когда воздействуют статические силы (их величина не меняется).
Динамическая – при динамическом воздействии. Например, ветер с порывами разной величины, различной высоты волны.

По наклонению остойчивость разделяют на остойчивость на больших углах наклона и начальную остойчивость (на малых углах).

Расчет остойчивости судна

На плавучее средство оказывают воздействие 2 силы: вес самого плавсредства – точка его приложения именуется центром тяжести (ЦТ) и воздействие воды – точка приложения именуется центром величины (ЦВ). Когда судно (лодка, катамаран, яхта) находится в выровненном положении, вышеуказанные силы располагаются на одной вертикальной линии и совпадают с диаметральной плоскостью (ДП).

Допустим, что внешняя сила накренила плавсредство, тогда по причине увеличения подводного объема одного борта и уменьшения его у другого центр величины перемещается в сторону накрененного борта.

Сила поддержания в точке М (обозначение метацентра) пересекает ДП. Указанная точка является своеобразным рычагом, при нажатии на который плавсредство наклоняется на угол θ. Длина данного рычага представляет собой отрезок от ЦТ до М, обозначается она h и называется высотой метацентра.

Пример диаграммы устойчивости для катамарана и плота:

Плечо остойчивости рассчитывается по формуле I = h Sinθ, где h – это величина нормируемая. Для расчета нормируемой величины применяется формула h = rМ + ZC — ZG. Обозначение приведенных в формуле величин:

ZC — высота ЦВ над основной плоскостью (ОП);
ZG — высота ЦТ над основной плоскостью;
rМ — высота М над центром величины — метацентрический радиус, характеризующий влияние ватерлинии на общую остойчивость плавучего средства.

После постройки корабля или маломерного судна величина h подвергается экспериментальному тестированию, для которого используется опыт кренования. На корабле, который не имеет крена, в сторону одного из бортов двигают определенный груз P на расстояние b.

Таким образом искусственно создается момент крена МКР. Корабль приходит в положение, при котором МКР = МВОССТ, приобретая некоторый угол крена θ. Здесь величина h рассчитывается по следующей формуле: h = Pb/(Dθ). А угол крена измеряется отвесом или кренометром.

Безусловно, остойчивость следует увеличивать любыми средствами, потому что это поможет уменьшить угол крена и повысить плавучесть и непотопляемость судна. В некоторых случаях бывает опасение, что если у плавучего средства завышена остойчивость, то его раскачивание станет порывистым, потому что плавсредство «настроено» на внешне воздействие коротких волн.

Суда, имеющие небольшое водоизмещение и низкую посадку, часто подвергаются сильному раскачиванию при малом волнении водной поверхности, но это вовсе не означает, что они могут не выдержать штормового ветра и перевернуться. Стандарты ГИМС определяют, что величина плеча остойчивости любых вариантов нагрузки (кроме пустых судов), должна быть больше 0.5 м.

Действия человека, который управляет плавучим средством в аварийной ситуации – это отдельно изучаемая тема. Для подробного ознакомления с ней судоводителям-любителям следует почерпнуть информацию об остойчивости в специализированной профессиональной литературе, в которой разбираются случаи, связанные с аварийной остойчивостью при посадке судна на мель или получении им пробоины, в результате которой плавсредство может заполняться водой.

Надеемся, теперь вы знаете такое понятие как остойчивость судна и примерно представляете как её рассчитывать.

Если у вас есть вопросы — задайте их в комментариях. Ну а в следующей статье Вы узнаете, как пользоваться лазерным дальномером.

Первый метод заключается в том, что влившуюся воду рассматривают как принятый груз и расчет непотопляемости производят по формулам для приема груза с учетом влияния свободной поверхности воды, если она имеется. Этот метод носит название метод приема груза.

Оба метода основаны на одних и тех же допущениях, поэтому они дают одинаковые окончательные результаты. Практически для вычисления посадки и остойчивости судна при затоплении отсеков, не сообщающихся с забортной водой, применяют метод приема груза, так как в этом случае на судно в действительности принимается неподвижный или жидкий груз. Для расчета результатов затопления отсеков, сообщающихся с забортной водой, лучше применять метод постоянного водоизмещения, так как вода, влившаяся в отсек, проявляет себя как забортная. Если же в этом случае применить метод приема груза, то для отсеков, открытых сверху или не залитых целиком, вес принятого груза будет зависеть от посадки судна, так как уровень воды в отсеке будет совпадать с уровнем забортной воды. Учет этого обстоятельства сильно усложняет расчет.

Объем воды, влившейся в отсек определяют по формуле

где μ – коэффициент проницаемости;

v₀ – теоретический объем затопленного отсека, вычисленный по теоретическому чертежу.

предъявляют требования по непотопляемости: при затоплении одного отсека судно должно оставаться на плаву и обладать аварийной остойчивостью.

Проверочный расчет непотопляемости при затопленном машинном отделении производим способом постоянного водоизмещения в табличной форме,

таблица 11.1, для расчетного случая в полном грузу с полными запасами.

Помещение, подверженное затоплению, находится между переборками 103-125, длиной 13,2м.
Для определения посадки судна и остойчивости в затопленном помещении необходимо знать геометрические характеристики этого помещения:

-объем помещения,v₀ ;

-аппликата объема, z_v;

-площадь потерянной ватерлинии,S;

- абсцисса потерянной ватерлинии, x_s ;

-моменты инерции относительно продольной оси, i_x;

-моменты инерции относительно поперечной оси, i_y;

Определение этих характеристик можно выполнить, используя теоретический чертеж и строевую по шпангоутам. Эту процедуру можно упростить, заменяя обвод ватерлинии и участок ветви строевой параболой второй степени.

Принятые обозначения в таблице 11.1, где точки a и c соответствуют расположению носовой и кормовой переборок затопленного отсека,

b- середина затопленного отсека.

w_a, w_b, w_c- погруженная площадь шпангоута в указанных точках.

Таблица 11.1 - Проверка непотопляемости при затоплении отсека….. (симметричное заполнение)

№ п/п	Наименование величин	Размерность	Обозначение и формула	Величина	Примечание
Водоизмещение	м 3	V
Первоначальная средняя осадка	м	T_ср	По грузовому размеру
Объем затопленного отсека по КВЛ	м 3	v₀	По строевой по шпангоутам или по (10.14)
Объем влившейся воды в затопленный отсек по КВЛ	м 3		– определяется по Правилам ( =0,85 для машинного отделения)
Площадь КВЛ до повреждения	м 2	S	По гидростатическим кривым
Потерянная площадь КВЛ	м 2		По теоретическому чертежу или по (10.12)
Действующая площадь КВЛ после повреждения	м 2
Абсцисса и ордината ЦТ потерянной площади s	м	=0	-25,74	См. примечание (10.13)
Абсцисса ЦТ КВЛ	м	x_f	-1,4	По гидростатическим кривым
Абсцисса ЦТ действующей КВЛ	м		4,1	По формуле (10.2)
Ордината ЦТ действующей КВЛ	м		-	По формуле (10.2)
Абсцисса ЦТ объема v	м		-26,03	См. примечание (10.17)
Аппликата ЦТ объема v	м		3,3	См. примечание (10.18)
Собственный момент инерции потерянной площади S	м 4		См. примечание (10.15)
Продолжение	таблицы	11.1
Собственный момент инерции потерянной площади S	м 4		См. примечание (10.16)
Потерянный момент инерции	м 4		По формуле (10.3)
Потерянный момент инерции	м 4		По формуле (10.3)
Изменение средней осадки	м		1,05
Изменение поперечной метацентрической высоты	М		-0,23	По формуле (10.5)
Изменение продольной метацентрической высоты	М		-14,7	По формуле (10.6)
Первоначальное значение поперечной метацентрической высоты	м	h=r+z_c-z_g	2,62	Из расчета начальной остойчивости
Первоначальное значение продольной метацентрической высоты	м	H=R+z_c-z_g	101,47	Из расчета начальной остойчивости
Новое значение поперечной метацентрической высоты	м		2,39
Новое значение продольной метацентрической высоты	м		86,77
Угол дифферента	рад		-0,054	Формула (10.9)
Новая осадка носом	м		4,98	Формула (10.10)
Новая осадка кормой	м		9,1	Формула (10.11)

Из таблицы 11.1 можно сделать вывод, что непотопляемость при затопленном отсеке судна выполняется.

Дело в том, так сложилось, что я внезапно стал инженером/дизайнером катеров и яхт.

Все бы ничего, вот дают мне геометрию киля, говорят примерную килеватость. И вперед, Rhino Orca -> Solidworks -> 3D max -> Продано -> Построено -> Уехало за бугор.

И все отлично, уже таким макаром спроектировал и организовал производство 5 катеров.

То есть с точки зрения конструкции, обводов все получается отлично, однако есть один вот такой неприятный нюанс.

По образованию я вообще инженер автомобилестроитель. И как бы получается что в отрасль судостроения я вошел "сверху". Первый проект был вообще 8 метров лодка с капаом и каютой. Клиент - немец, остался доволен. У меня есть представления о технологии производства, есть опыт работы со всякими сложными конструкциями, расчетами прочности и так далее. Soft-skill высокий, я и гоночные болиды проектировал и ралли.

Проекты которые я спроектировал показать к сожалению не могу, боюсь найдут и ничего хорошего не скажут. (Ком. тайна).

Однако, из за отсутствия соответствующего образования я понятия не имею как посчитать остойчивость, прочность и непотопляемость. Причем по методике которую просит ГИМС. Текущая ситуация с экспортом, заставляет как то двигаться. Тем более что основной мой заказчик решил осваивать внутренний рынок. А тут нужна уже наша сертификация.

Господа, прошу вашей помощи. Я просмотрел много уже материалов, много статей. У меня есть несколько примеров подобных расчетов от коллег по параллельным проектам. Но я понятия не имею как их делать.

Да, есть там ПО Статика, пробовал запускать, показалась очень древней, никаких уроков по ней нет. Банально, даже методичек ведь нет, как это все рассчитывать, по крайней мере я не нашел.

Я превосходно владею Solidworks, Rhino, AutoCAD, NX, Inventor, Matlab, MathCAD и кучей других программ.

Подскажите какую нибудь методичку по тому как провести расчеты катера (до 15 метров) на остойчивость непотопляемость и прочность. Можете посоветовать ПО (платное / бесплатное - без разницы), главное все равно, мне нужна методика, формулы, что за чем, как что связано. Буду крайне признателен.

Ситуация у вас незавидная. Скорее всего придется брать компаньона-специалиста. Либо уходить от бизнеса в саморазвитие.

Хорошая попытка бизнес-разведки, зачет!

Краткое содержание "мои проекты коммерческая тайна, но дайте мне методички как считать - бесплатно"

Приготовьтесь, что учить делать расчеты вас не будут, методичек нет, образцы документов вам не дадут.

Берете правила, изучаете, программируете если нужно, делаете расчеты. Идете с ними в орган сертификации, там вам накидают замечаний, корректируете и далее по спирали.

Или более простой вариант - заказываете расчеты тем, кто умеет это делать. Мы тратим сотни и тысячи рабочих часов в год на изучение стандартов, программирование, разработку текста пояснительных записок, а также на покупку и поддержание софта. Как и на исследовательнские работы и статьи по расчетам. Отдавать эти компетенции неизвстно кому за просто так никто не будет.

что касается остойчивости то по большому счету внятных способов расчета малых корпусов еще не придумали, есть методика испытаний уже готового корпуса. просто те кто писал закон про это не знают.

Странно это слышать.

Что такое "непотопляемость" по-вашему?

Да не, я вам все честно говорю. Есть заказчик который имеет некую клиентскую базу в европах. Соответственно бывают спец заказы. Грубо говоря, мои эти проекты отдаленное подобие катеров марки Ventum, с небольшими переделками, додумками, дизайнерскими усовершенствованиями. Только собраны и нарисованные с нуля.

Это не бизнес разведка, ничего такого. Я просто даже готов уже заплатить человеку, который внятно объяснит

Эти ГОСТы и так далее, мне не особо интересны. У меня на руках есть три примера подобных расчетов для других катеров от этого вот заказчика. Между ними огромные временные промежутки. В сущности ничем друг от друга не отличаются. Разве что цифры разные (так как проекты разные). Следовательно в целом, на все эти отслеживания современных гостов и так далее, можно забить. Мне просто понять бы саму суть происходящего. Как там определяются плечи и все такое.

Разумеется я могу, как инженер, взять тут кучу бумаг миллиметровок, калькулятор, и потратить несколько месяцев на то чтоб че то там вывести и самому придумать как это можно все посчитать. Но неужели нет какого то универсального решения, пусть и с огромной погрешностью. Excel там всякие таблицы. Я так вижу, по тем расчетам которые у меня есть на руках, они все сделаны в "Статике". Но как работать в этой "Статике", ведь ни одного блин пособия нет, даже внятной инструкции по установке. Такое ощущение, что вы тут все через такую вот боль это все познали, теперь для вас это все просто, но рассказать не хочется потому что нет времени

Ладно, чего это я разнылся.

Я Вас прекрасно понимаю, в приложение добавляю примеры расчетов которые мне нужны. Нужно понять.

Я буду крайне признателен, если хоть какие нибудь инструкции дадите по проведению подобных расчетов как в примере, вот прям свечку в церкви поставлю.

Прикрепленные файлы

Непотопляемость 730.360010.003.pdf399,17К 109 Количество загрузок:
Прочность 730.360010.004.pdf282,65К 91 Количество загрузок:
Остойчивость 730.360010.002.pdf445,54К 83 Количество загрузок:

У вас главное недоразумение - принятие за норму отечественного технического регламента "О безопасности. ", а клиентура, как мы поняли, европейская.. В СЕ придется удовлетворять совсем другим нормам. Их придется изучать.

Хотя приведенная записка даже для ТРТС - наполовину лажовая.

Курс теории корабля занимал 2 семестра, прочности и строительной механики - где-то 3-4 семестра.

Выложенные вами расчеты - липа.

Например, берем расчет непотопляемости. На листе 4, раздел 3 читаем: "согласно требваниям, ч.V. " - каким требованиям, как правил? Ни одной ссылки на правила в конце документа нет. И таких требований в Техрегламенте ТР ТС026 тоже нет.

То же самое по остойчивости - не указано, по каким нормам выполнена оценка. Но точно не по ТР ТС026.

По прочности без комментариев - общая прочность не является определяющей для большинства судов до 24м длиной.

Хотя приведенная записка даже для ТРТС - наполовину лажовая.

Курс теории корабля занимал 2 семестра, прочности и строительной механики - где-то 3-4 семестра.

Да с удовлетворением западной клиентуры вообще проблем нет. Там как ни странно расчеты не требуются от слова совсем. Говорю же, уже несколько катеров туда моих уехало и все хорошо. Они там сами на местах занимаются сертификацией и так далее.

Все о чем я тут говорю, мне нужно просто более менее понимать как вообще это вот все рассчитывать. Все что от меня требуется это вот синтезировать эти вот "наполовину лажовые" записки. И все на этом. Что нужно познать чтобы хотябы их вот рассчитывать. К прочности вопрос практически нет, там я все плюс минус понимаю что и как. Но вот остойчивость и непотопляемость. Это выходит за пределы моей специализации. Я инженер механик, по специальность военные колесные и гусеничные машины, умею рассчитывать и проектировать трансмиссии, подвески, кузова, там для автомобилей, танков, даже поезд как то раз общипывали.

В моем понимании катер это точно та же машина. Единственное разница она вот в 2х семестрах обучения, как раз в этих вот остойчивостях и непотопляемостях. Но ведь нету же методик

Выложенные вами расчеты - липа.

То же самое по остойчивости - не указано, по каким нормам выполнена оценка. Но точно не по ТР ТС026.

По прочности без комментариев - общая прочность не является определяющей для большинства судов до 24м длиной.

Липа, пусть так, но заказчика устроило. Не я их делал, но им уже сто лет в обед и ниразу претензий не было. На текущем этапе, мне нужно просто слепить что то похожее но не с потолка, а хоть чем то подкрепить. Разумеется я понимаю что очень мало знаю в этом деле, стараюсь, изучаю, учусь, хочу достичь ваших высот, но на это уйдут годы. А мне тут нужно здесь и сейчас. Вот в чем беда ведь . Только поэтому и пишу сюда, потому что уже не знаю что и делать.

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: