Приближенные способы в задачах оценки и нормирования остойчивости малых рыболовных судов

Приближенные способы оценки остойчивости занимают важное место в теории проектирования и в теории корабля.

Их необходимость находится в црямой связи с решением многих практических важных задач обеспечения остойчивости всех судов, в том числе особенно — маломерных.

Среди таких задач в первую очередь нужно назвать следующие две задачи:

1. Назначение норм остойчивости с тем, чтобы достаточно надежно гарантировать безаварийную эксплуатацию судов.

2. Проектирование судов любого назначения, и, в частности, их формы, с учетом установленных норм остойчивости.

Хотя эти две задачи по своему техническому содержанию в известной мере отличаются друг от друга, однако они тесно связаны между собой, так как не представляется возможным решение каждой из них в отдельности, без рассмотрения другой.

Кроме этих двух задач можно назвать и другие частные задачи, для решения которых целесообразно применять те или иные ггриб-женные зависимости.

Так, например, задача выбора параметров геометрии судов, или более общая задача оптимизации их характеристик и элементов при проектировании, также требует применения приближенных формул, кото рые позволили бы связать аналитически в явном виде элементы остойчивости судов с характеристиками формы их обводов, а также с состоянием их нагрузки.

Упомянутые задачи уже давно были поставлены и рассмотрены многими исследователями. В советской практике и в специальной известны. ^ литературе разнообразные приближенные формулы остойчивости судов, как, например, формулы академика Поздюнина В. Л. [ 52 У, члена Академии Наук УССР Павленко Г. Е. [ 3 7-профессора Власова В. Г. / 15 У и др. Эти формулы позволяют приблизительно построить диаграмму остойчивости судов (диаграмму Рида) и при отсутствии теоретического чертежа.

Однако эти методы были приспособлены главным образом к решению прямой задачи — по известной геометрии судна построить его диаграмму остойчивости.

При проектировании малых судов элементы геометрии цроекти-, руемого судна выбираются с учетом требований остойчивости, но цроцесс такого выбора до сих пор не носит явного аналитического характера, а производится «ощупью», с большим количеством постепен, но усложняющихся проверочных расчетов остойчивости, то есть после довательными приближениями. Такое решение, как известно, практически достоверного не совсем удобно, очень трудоемко и требует высокой квалификации конструктора.

Это в известной мере затрудняло задачу выбора и оптимизации главных размерений и коэффициентов формы судна, так обычно оценка остойчивости цроектируемого судна на основе существующих критериев остойчивости может быть осуществлена только на поздних стадиях проектирования, когда фактически уже построен теоретический чертеж и установлено распределение нагрузки судна. В том же случае, если такая оценка не будет удовлетворенной, проектанту следует как-то изменить геометрию судна. Понятно, как важно при этом четко ориентироваться, какие из элементов геометрии целесообразно изменять и на сколько.

В пятидесятых годах Н. Б. Севастьянов поставил и рассмотрел задачу выбора главных размерений и коэффициентов формы судна с учетом требований к остойчивости, в частности требований «Временных норм остойчивости» Регистра СССР, 1948 г, [ 61 У.

Одновременно подобную «задачу, независимо от него решал А. Б. Знаменский /12.

Вскоре после этого А. И. Раковым был предложен близкий по вдее способ пересчета диаграммы остойчивости проектируемого судна по так называемому приведенному прототипуа в 1978 году в своей монографии проф. А. И. Раков рассмотрел более общую задачу выбора элементов и характеристик маломерных добывающих судов с позиции их оптимизации.

В настоящее время в литературе известны и другие решения по данной проблеме {12,30,75 ].

Однако можно сказать, что до настоящего времени широкого при- • менения приближенные способы оценки остойчивости судов как в прямой, так и в обратной задачах, еще не получали.

Это объясняется тем, что, с одной стороны, точность цриближенных формул оставалась недостаточно исследованной, а с другой стороны, стремление к повышению точности приводило. к усложнению формул за счет введения таких параметров формы, которые до построения теоретического чертежа остаются, как правило, неизвестными /30^.

Таким образом, в общей постановке задача нашего исследования состоит в следующем:

— исходя из особенностей проектирования и условий эксплуатации маломерных рыболовных судов СРВ «разработать предложения по нормированию их остойчивости;

— на базе установленных нормативов остойчивости рассмотреть задачу о выборе такой формы и таких размеров судов, цри которых эти нормативы заведомо выполнялись бы;

— дредложить эффективные и доступные в условиях СРВ методы контроля за остойчивостью судов, находящихся в эксплуатации.

Выводы: I, Предлагаемый вариант в среднем мягче, чем нормы Ш0,1968 г (Ео’Щ) ^.

СП.

2. Приблизительно 57,93 $ судов, удовлетворяющих нормам ШО 1968 г без избытка и не- | достатка будут удовлетворять с некоторым избытком третьему варианту предлагаемых норм.

3. Тем неменее в 42,07% случаев суда, удовлетворяющие нормам ИМ0,1968 г без избытка и недостатка будут признаны недостаточно остойчивыми по третьему варианту предлагаемых норм.

АЧГо.

Рис. 11.1 о Вероятность соответствия предлагаемым (I, П, Ш) вариантам норм остойчивости для малых судов, которые без избытка и недостатка отвечают нормам ШО, 1968 г: а, б, в — статистическое распределение плотностей по вариантам норм I, П, Ш соответственноа, б, в — распределения вероятностей, а критическую метацентрическую высоту А?*/>, которая определяется в зависимости, с одной стороны, от самого критерия остойчивости, а с другой, — от данных об остойчивости судов в момент аварии. При этом очевидно, что величина д h? * - Ь ом/11 (12.1) определенная для данного аварийного судна, будет показывать, на сколько нужно было бы понизить (при или повысить (при его центр тяжести с тем, чтобы остойчивость соответствовала данным нормам без избытка и недостатка.

Можно показать здесь также, как это было сделано в § II для параметра $ с, что существует достаточно теоретических оснований полагать, что закон распределения отклонений Д ^ для аварийных судов является нормальным, так как число факторов, примерно равносильно влияющих на появление и величину отклонений, очень велико. Числовые расчеты, на основании которых построены кривые рисунка 12.1 а, б (кривая 2) «хорошо подтверждает эту гипотезу.

В дальнейшем для сопоставления необходимо определить среднее отклонение: ^ «I л.

V /г (12.2) а затем виличину среднего квадратичного отклонения:

Г. у '.

В дальнейшем статистическое сравнение надежности систем норм проводится в обычной последовательности, используя величины, а Я у и «определенные по (12.2) и (12.3) «как известные параметры нормального закона распределения.

На рисунках 12.1 а, б ордината интегральной кривой при// ^=0, т. е. Р (Д ?7 =0)"показывает, какая доля всех аварийных судов опрокинулась, имея остойчивость меньше, чем предписывается данными нордами. Величина же доля аварийных судов, которые опрокинулись, хотя их остойчивость была не меньше, чем требуется по нормам.

Величина Р V может рассматриваться как мера надежности проверяемого варианта норм в применении к данному множеству аварийных судов.

На основании полученных результатов можно сделать следующее заключение и выводы.

1. Поставленная задача решена на основе предложенных в работе приближенных методов оценки остойчивости.

2. Для малых судов Вьетнама применение критерия погоды как основы нормирования остойчивости, нецелесообразно. Объясняется это не только сложностью физического подхода к нормированию и вытекающей отсюда преждевременностью в связи с недостаточно развитым научно-техническим потенциалом Вьетнама. Этот вывод следует, главным образом, из специфических особенностей данного класса судов, так как существующие критерии погоды, как правило, легко выполняются для этих судов с необоснованным запасом. В то же время выражение критерия погоды через элементы геометрии корпуса судна, чего требует принятый в данной работе подход к решению задачи, не представляется возможным.

3. Что же касается норм статистического происхождения, то для малых судов прибрежного флота Вьетнама оказалось возможным отобрать из существующих норм такие критерии и нормативы, которые являются для малых судов решающими в том смысле, что при их выполнении, как правило, автоматически выполняются все остальные обычные нормы. К таким критериям относятся критерии плеча остойчивости на каком-то практически достаточно большом угле крена (в работе было принято в = 30°) и критерий положения максимума диаграммы Рида. Эти критерии были отобраны не только на основе статистического анализа, но и на основе физических соображений об остойчивости судов в условиях тихой воды и волнения.

4. Для малых рыболовных судов Вьетнама выбранные нормативы для указанных выше критериев (?0⁰, 22 м и йя*30°) оказались приемлемыми. Эти нормы в применении не только к малым судам Вьетнама, но и к аварийным судам всего мира, обладают примерно той же степенью жесткости, надежнойти, как и другие нормы, признанные в настоящее время наиболее оправдывающими себя на практике (рекомендации ИМ0 1968 г, нормы Регистра СССР 1971 г, нормы ВТТ СССР 1977 г).

5. Эффективность реализации любых норм остойчивости, в том числе и норм малых судов Вьетнама, во многом зависит от ряда важных мероприятий, направленных на обеспечение остойчивости и связанных с конструкцией и условиями эксплуатации судов.

Анализ и обоснование таких необходимых мероприятий выходит за рамки данной работы. Они должны быть выполнены в условиях проектирования, постройки и эксплуатации судов непосредственно во Вьетнаме.

6. Разработанные в диссертации приближенные формулы, выражающие связь между элементами диаграмм Рида и характеристиками формы корпуса судов, как показывают проверки, обеспечивают практически достаточную точность. Они позволяют аналитически выражать выбранные в работе критерии (как и некоторые другие, если это необходимо), как явные функции элементов геометрии и нагрузки судов. По этим приближенным формулам оказывается возможным несколько точнее пересчитывать остойчивость проектируемого судна по данным прототипа на основе дифференциального метода особенно в комбинированном применении его с методом аффинного преобразования.

7. Выражения критериев остойчивости через геометрические ха-рактеристки судна достаточно просты не только для решения прямых, но и для решения обратных задач. В частности, на основании этих выражений окажется возможным иметь в начале проектирования малых судов уравнения остойчивости, однозначно связывающие возвышение ЦТ судна с выбранными элементами геометрии корпуса, исхо- ^ дя из условия минимальной остойчивости. Применение такого уровн^ шесте с остальными, учитывающими другие качества проектируемого судна, упрощает задачу выбора главных размерений и коэффициентов формы проектируемого судна. Задача выбора главных размерений и коэффициентов формы для малых судов также упрощается при применении универсальной диаграммы.

8. Применение приближенных зависимостей, полученных в работе, позволяет провести анализ критического (по разным критериям) возвышения ЦТ судна на чувствительность к изменению элементов геометрии корпуса. Результаты такого анализа могут быть использованы для предварительного выбора и корректировки элементов проектируемого судна.

9. При разработке предлагаемых критериев также, как и цри разработке приближенных формул в диссертации, не были приняты какие-либо ограничения, отделяющие в при нципе рассматриваемые малые суда Вьетнама от класса маломерных гладкопалубных судов вообще.

Наоборот, предельные значения всех элементов геометрии корпуса этих судов были выбраны в достаточно широких пределах. Поэтому в принципе полученные в данной работе результаты могут относится и к малым судам других стран, особенно в той части, которая касается вопросов проектирования.