Теорія і практика управління судном

Примітки: 1. Судно, аналогічне буксируваному судну з розд. 1 «Буксирування суден морем». 2. Пробоїн і крену немає.

Завдання до розд. 2 курсової роботи:
Оцінити можливості зняття судна з мілини.
2.1. Сили, що діють на судно, що сидить на мілині
Реакція грунту (сила тиску судна на грунт). При посадці на мілину зменшується осаду судна, тобто відбувається як би втрата його водотоннажності, яка призводить до порушення рівноваги між вагою судна і силами підтримки води.
Величина втраченого водотоннажності  D визначається за формулою:
                    D = q (T _cp - T _cp) = 200 (-0,05 - (-0,55) = 200 * 0,6 = 120
де q - число тонн на 1 м опади (визначається за вантажною шкалою з урахуванням щільності води), за умовою завдання = 20т на 1см = 200т на 1метр опади.
q = 200т???
Середня осаду до посадки на мілину розраховується за формулою
_Т сер = (Т _н + Т _к) / 2 = (7,75 - 7,85) / 2 = -0,05
де Т _н, Т _к - відповідно опади носом і кормою до посадки на мілину.
Середня осаду після посадки на мілину розраховується за формулою.
Т _'ср = (Т' _н + Т _'к) / 2 = (7,10 - 8,20) / 2 = -0,55
де Т _'н, Т' _к - опади носом і кормою, зняті після посадки на мілину.
Реакція грунту R, кН, розраховується за формулою
R = g *  D R =??? * 120 =
де g - прискорення вільного падіння.
При пошкодженні корпусу і надходження води всередину судна сила реакції грунту збільшується на величину ваги влився води.
Сила присмоктування грунту - прилипання до корпусу частинок грунту, що створюють тим більший ефект присмоктування, чим більшою в'язкістю володіє грунт. Найбільше присмоктування спостерігається у в'язкому глини.
Сила ударів хвиль при тривалому впливі призводить до руйнування корпусу. При знятті з мілини, як правило, робить позитивний вплив, розгойдуючи корпус і тим самим зменшуючи силу присмоктування і силу тертя корпусу про грунт.
Сила тиску вітру залежно від напрямку вітру збільшує або зменшує тягове зусилля, необхідне для зняття судна з мілини.
2.2. Зняття з мілини роботою машини на задній хід
Перш за все необхідно визначити:
• стягуюче зусилля F, необхідне для зняття з мілини,
F = fR, F = 0.5 *???
де f - коефіцієнт тертя корпусу про грунт (залежить від характеру грунту і вибирається зі спеціальної літератури). Якщо характер грунту невідомий, то f приймається рівним 0,5;
• силу тяги гвинта на задній хід Р _зх (з паспортної діаграми тяги або розрахунковими методами).
Якщо стягуюче зусилля порівнянно з силою тяги гвинта, то зняття з мілини можливо при роботі машини на задній хід. В іншому випадку необхідно використовувати один з методів зменшення сили реакції грунту: діфферентованіе, кренованіе, часткову розвантаження.
2.3. Зняття з мілини діфферентованіем
Діфферентованіе використовується при посадці судна на окрему банку невеликих розмірів, коли місце торкання грунту розташоване в краях судна, а під іншою частиною кіля є достатній запас глибин. Найбільш простим способом зміни дифферента є перекачування баласту або палива з району посадки в протилежну край.
Спочатку визначається величина втрати опади АБ в місці зіткнення з грунтом (рис. 2.1):

Рис. 2.1. Схема посадки судна на мілину
АБ =  Т _{до +} ( Т _н -  Т _к) (1 / 2 + xa / L)
де  Т _н = Т _{н-Т Н1;}  Т _к = Т _{К-T к1;}
ха - абсциса зовнішньої крайки банки; =?
L - довжина судна між перпендикулярами;
Т _н, Т _Н1 - осідання носом до і після посадки на мілину;
Т _к, Т _к1 - осаду кормою до і після посадки на мілину.
У судна, що знаходиться на плаву з осадкою Т _н і Т _к в результаті поздовжнього переміщення вантажу масою Р, центр ваги якого розташований у точці з абсцисою x _1, в точку з абсцисою x ₂ зміни осад носом  Т _'н і кормою  Т' _до складуть:
 Т _'н = P (x ₂ - x ₁₎ L/2DH;  Т' _к = P (x ₂ - x ₁₎ L/2DH
де D - водотоннажність при середній осаді, яку судно мало до посадки на мілину;
Н - поздовжня метацентріческая висота;
L - довжина судна між перпендикулярами.
Далі з урахуванням отриманих значень  Т _'н і  Т' _до визначається величина зменшення опади у місці дотику грунту аб (рис. 2.2),
аб =  Т _"до + ( Т _'н -  Т' _к) (1 / 2 + xa / L)

Рис. 2.2, Схема зміни посадки судна при діфферентовкі
Якщо аб> АБ, то судно після діфферентовкі виявляється на плаву. В іншому випадку зменшується значення сили реакції грунту. Нове значення сили реакції грунту після діфферентовкі R _t можна приблизно оцінити за наступною формулою:
R _д - R (АБ - аб) / АБ
При прийманні або зняття вантажу на судні, що знаходиться на плаву, для розрахунку зміни осад носом і кормою використовуються наступні формули:
 Т _н = + P (xL / DH +1 / q);  Т _до =- P (xL/DH-1/q),
де х - абсциса центру ваги вантажу.
При знятті вантажу його маса Р вводиться зі знаком (+), а водотоннажність судна зменшується на величину знятого вантажу і, навпаки, при прийомі вантажу його маса вводиться зі знаком (-), а водотоннажність судна збільшується на величину прийнятого вантажу.
2.4. Зняття з мілини кренованнем
Кренованіе застосовується, коли судно сіло на мілину одним бортом, а з боку іншого борту є достатні глибини. Креновать судно можна перекачуванням палива, баласту або переміщенням вантажу з борту, який би, на мілині, на інший борт до тих пір, поки головна палуба не ввійде у воду.
У результаті поперечного переміщення вантажу масою Р, центр ваги якого розташовується в точці з ординатою Y1, в точку з ординатою Y2 зміни осад бортів при кренованіі  Т _{'до p} складуть:
                                   Т _{'до p} = + / - (P (y ₂ - y ₁₎ B) / 2Dh
де D - водоюмещеніа при середній осаді, яку судно мало до посадки на мілину;
h - поперечна метацентріческая висота;
В - ширина судна.
Величина    Т _{'до p} буде негативною для борту, що знаходиться на мілині, і позитивною - для борту, що знаходиться на плаву.
Подальші дії аналогічні діфферентовкі судна.
2.5. Зняття з мілини за використанням часткового розвантаження
Часткова розвантаження судна застосовується при посадці на мілину всім корпусом, а також у разі, коли діфферентовкі і кренованіе судна не дають позитивних результатів. Розвантаження є найбільш ефективною, а іноді і єдиною мірою самостійного зняття судна з мілини і частіше за все пов'язана з втратою частини вантажу. Тому, приймаючи рішення про часткового розвантаження, необхідно враховувати, наскільки велика небезпека загибелі судна, якщо на одержання допомоги в найближчим часом не можна розраховувати.
При часткового розвантаження визначається маса вантажу Р, що підлягає вивантаженню, з тим щоб судно могло самостійно знятися з мілини роботою машини на задній хід:
P = (F - P _зх) / fg; Р _зх = 0,5 Р _пх
Порядок розрахунку Р _пх = Р _ео дано в розд. 1 "Буксирування суден морем".

Рис. 2.3. Каргоплан судна
Абсциса і ордината центру ваги знімається вантажу повинні збігатися або знаходитися близько до абсциссе Х _R і ординаті Y _R рівнодіючої сили реакції грунту:
X _R = DH /  DL ( T _н -  T _k); y _R = Dh /  D * sin  _кр.
При знятті вантажів, розташованих в різних місцях (рис. 2.3), координати їх загального центру ваги визначаються з виразів:
X = (p ₁ x ₁ + p ₂ х ₂ + ... + p _п х _п) / (р ₁ + p ₂ + ... + р _п);
Y = (p ₁ y ₁ + p ₂ y ₂ + ... + p _п y _п) / (р ₁ + p ₂ + ... + р _п)
де р _1, р _2, ... р _n-маси окремих вантажів;
x _n, y _n-їхні координати.
Примітка. При проведенні перерахованих операцій необхідно здійснювати контроль за зміною метацентричної висоти.
При знятті з судна водотоннажністю D і осадкою _Т сер вантажу масою Р _сн з точки (Х _сн, Z _сн) величина поперечної метацентричної висоти h ₁ визначиться наступним чином:
h ₁ = h - Р _сн / (D - Р _{сн) (Т} сер -  T _СР / 2 - h - Z _сн)
де h - початкова метацентріческая висота, м.
Зміна середньої опади обчислюється за формулою
 _Т сер = Р _сн / q

2.6. Використання якірного пристрою при знятті з мілини
Для створення додаткового стягуючого зусилля і зменшення тиску корпусу на грунт при посадці на мілину носової краєм судна можна використовувати якірне пристрій. Станові якоря за допомогою вантажних стріл або кранів заводяться як можна далі в корму. Під час зняття з мілини сила тяги брашпиля доповнює силу тяги гвинта на задній хід. Завезення на шлюпках стоп-анкерів і Верпа, особливо на сучасних великотоннажних судах, зазвичай не дає позитивних результатів.
2.7. Зняття з мілини за допомогою інших судів
Буксирування найбільш часто використовується для зняття судна з мілини за сторонньою допомогою. Розраховується необхідна стягуюче зусилля і якщо воно порівнянно з сумарною силою тяги гвинтів суден-рятувальників, то зняття з мілини можливо буксируванням. По можливості машина аварійного судна повинна працювати на задній хід: при цьому окрім створення додаткового стягуючого зусилля, через вібрацію зменшується присмоктування корпусу до грунту і зменшується коефіцієнт тертя корпусу про грунт.
Типова схема буксирування при стягуванні судна з мілини наведена на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Схема розташування рятувальників при знятті судна з мілини
При такій розстановці (див. рис. 2.4) стягуюче зусилля F визначається за формулою:
F = (P ₁ + P _я1) + (Р ₂ + Р _Я2) cos  ₂ + (Р ₃ + Р _Я3) cos  ₃ + Р _зх
де Р _1, Р _2, Р _3, Р _зх - сили тяги гвинтів суден;
Р _я1, Р _Я2, Р _Я3 - сили тяги, створювані якірними пристроями суден-рятувальників.
2.8. Якірне постачання морських суден
Маса кожного станового якоря Q, кг, повинна бути не менш
Q = kN _c,
де к - коефіцієнт, що дорівнює 3,0; 2,75; 2,50 і 2,00, відповідно для судів необмеженого району плавання і обмежених районів плавання I, II і ІІІ.
Сумарна довжина обох ланцюгів l _2, м, для станових якорів визначається
у вигляді
l ₂ = √ 87r ⁴ Nc
де r - коефіцієнт, що дорівнює 1,00; 0,88; 0,76 і 0,64, відповідно для судів необмеженого району плавання і обмежених районів плавання I, II і III.
Отримане за формулою значення довжини ланцюга має бути округлена до найближчого цілого числа змичок і одно не менш 200 м для судів необмеженого району плавання.
Калібр ланцюгів, мм,
d = √ st   Nc
де s - коефіцієнт, що дорівнює 1,00; 0,94; 0,88 і 0,82, відповідно для судів необмеженого району плавання і обмежених районів плавання I, II і III;
t - коефіцієнт, що дорівнює 1,75; 1,55; 1,35, відповідно для ланцюгів звичайної, підвищеної та особливої ​​міцності.
2.9. Зняття з мілини буксируванням ривками
Буксирування ривками використовується у випадку, коли стягуюче зусилля недостатньо для зняття аварійного судна з мілини. При ривку виникають сили інерції, які можуть багаторазово перевищити розривну міцність буксирного троса. Щоб цього не сталося, необхідно розрахувати допустиму швидкість буксирувальника до моменту початку ривка.
Під час розгону до швидкості V буксирувальник водотоннажністю D накопичує кінетичну енергію:
E _k = DV ² / ²
яка переходить в потенційну енергію пружної деформації буксирного троса Е _п:
Е _п = l _т Р ² _разів / 8d ² 
де l _т - довжина буксирного троса,
Р _{p аз} - розривне зусилля троса;
d-діаметр троса;
 - пружність троса ( - 37 кН / мм ^2).
Прирівнюючи Е _к і Е _п знаходимо допустиму швидкість буксирувальника, при якій зусилля в буксирному тросі не перевищують половини його розривного зусилля:
V = √ Р _раз / 2 l _т / Dd ² 
2.10. Зняття з мілини пристроєм каналів і розмивом грунту
Облаштування каналів з розмивом грунту використовується на м'яких грунтах, коли інші способи зняття судна з мілини не дали позитивних результатів.
Зазвичай для розмиву грунту використовуються спеціалюірованние / суду-рятувальники, буксири, криголами. Оскільки ефективність розмиву знаходиться в прямій залежності від ухилу гребного валу, на судні-рятувальники створюється максимально можливий диферент на корму. Далі рятувальник стає на якорі на безпечній глибині і заводить на аварійне судно сталеві; швартови. Після обтягування якірних ланцюгів і швартових він / дає хід, поступово збільшуючи обороти. Напрямок розмиву грунту і ширина каналу визначаються перекладку руля і розворотами судна-рятувальника з допомогою якорів і швартових. Під час роботи промірами періодично контролюються глибини і ведеться спостереження за струменем від гвинтів. Відсутність в струмені частинок грунту свідчить про те, що розмив на даній ділянці закінчений.
Примітка. Необхідно відзначити, що всі перераховані способи зняття судна з мілини в складних випадках посадки використовуються комплексно. Наприклад, виробляють діфферентовкі і часткову розвантаження судна, потім для збільшення стягуючого зусилля заводять якоря. Буксируванні судна для зняття з мілини іншими судами або рятувальниками зазвичай передують всі перераховані раніше способи зменшення сили реакції грунту, і в самих несприятливих випадках проводиться освіта каналу розмивом грунту, якщо в напрямку стягування є недостатні глибини. При наявності водотечності корпусу до початку робіт зі зняття з мілини виробляється закладення пробоїн і відкачування води із затоплених відсіків.

3. РОЗРАХУНОК кріплення палубного вантажу
Таблиця 3.1

Вихідні дані для розрахунків кріплення палубних вантажів
Вихідні дані	Варіант 1	Варіант 2	Варіант 3
Перевозиться важкоатлет (ящик прямокутної форми) вагою 30 тонн, розміром 5 * 2 * 3 м (Довжина, висота, ширина), встановлений на палубі вздовж судна між комінгсом люка і фальшбортом
Максимальний кут крену, °	30	35	35
Максимальний кут диференту, °	8	9	10
Період бортовий качки, з	20	18	. 15
Період кільової качки, з	25	30	20
Висота хвилі, м	5	6	4
Координати центра ваги вантажу, м: X Y Z	15 7 12	25 7 10	30 8 11
Допустима навантаження-ка на палубу, кН / м 2	45	45	45

Примітка. Номер варіанта аналогічний номером буксируючого судна.
Завдання до розд. 3 курсової роботи:
1. Підібрати Найтови для кріплення вантажу.
2. Перевірити, чи є достатньою міцність палуби при перевезенні вантажу під час качки.
Розрахунок кріплення палубного вантажу виконується відповідно до рекомен-даціямі ІМО
У додатку ІМО Кодексу безпечної практики розміщення і кріплення вантажу - «Методи оцінки ефективності пристроїв кріплення нестандартних вантажів» - визначений наступний порядок розрахунку сил, що діють на вантаж.
1. Розрахунок зовнішніх сил, що діють на вантаж у поздовжньому, поперечному і вертикальному напрямках, виконується за формулою
F (x, y, z) = ma (x, y, z) + Fw (x, y) + Fs (x, y),
де F (x, y, z) - поздовжні, поперечні і вертикальні сили;
m - маса вантажу;
a (x, y, z) - подовжнє, поперечне і вертикальне прискорення (табл. 3.2);
Fw (x, y) - поздовжня і поперечна сила вітрового тиску Р _вет, кН,
Р _вет = 1,5 S _п
де S _n - площа парусності вантажу (відповідно поперечна і поздовжня).
Fs (x, y) - поздовжня і поперечна сила удару хвиль.
2. Розрахунок сили ударів хвиль при заливанні вантажів,
F _{(x, y)} = pS (x, y)
де S (x, у) - площа заливання поверхні, перпендикулярна відповідно осях X, Y;
p = 7,4 кН - при висоті заливання 0,6 м;
p = 19,6 кН - при висоті заливання 1,2 м.
Якщо висота заливання знаходиться в межах від 0,6 до 1,2 м, то величина p визначається методом лінійної інтерполяції.
Табліца3.2

Наведені величини поперечних прискорень включають складові сил ваги, кільової хитавиці і підйому судна на хвилі паралельно палубі. Наведені величини вертикальних прискорень не включають складову статичної ваги.
Основні дані прискорень розглядаються стосовно до наступних умов експлуатації:
- Необмежений район плавання;
- Будь-який час року;
- Довжина судна L = 100м;
- Експлуатаційна швидкість 15 уз;
- Відношення B / GM> 13 (В - ширина судна, GM-метацентрічес-кая висота).