Об остойчивости катеров

[vasilisk]

А какая площадь парусности и возвышение центра парусности?

посчитана максимальная допустимая сила ветра в баллах по шкале Бофорта (принимается при кренящем моменте, имеющим ближайшую меньшее значение, чем 4,48 тм, при угле крена 56,4 градуса)
от максимального до "под рангоутом", все варианты
Цифры на картинках

 

[gmdss]

Очень интересно, спасибо за информацию. Одно время интересовался аналогичными вопросами. Пытался изучать ветростойкость мотопарусных промысловых ботов 40-50 годов по Правилам постройки и оборудования традиционных судов (Sicherheitsanforderungen an den Bau und die Ausrüstung von Traditionsschiffen), 2020 г. Ниже выдержка о критериях остойчивости и перевод:

14.2 Критерии остойчивости парусных судов:

a) Метацентрическая высота ≥ 0,6 м

b) Восстанавливающее плечо ДСО при угле максимума ≥ 0,3 м

с) Предельный статический крен под парусами не должен превышать угол погружения кромки палубы в воду или 20°, что меньше.

d) Судно со снятыми парусами должно выдерживать бортовой ветер 12 баллов

е) Угол заливания должен быть не менее 35°

f) Отношение площади под кривой ДСО (В+С) к площади под кривой плеч кренящих ветровых моментов (А+В) должно быть ≥ 1,4 до предельного угла крена (угла заливания).

Выполнение критериев c,d и f проверяют для всех планов парусности (стандартный, штормовые паруса, без парусов и пр.) и случаев нагрузки (порожнем,полная,запасы 10% и др.).

Пример детальных расчётов по этим критериям дан например в материалах расследования причин аварии шхуны Эльба (24,8х5,8м) : Untersuchungsbericht 211/19. Sehr schwerer Seeunfall. Kollision zwischen Traditionsschiff No.5 ELBE.

Я использовал этот Отчёт для ознакомления с практикой применения Правил и верификации своих вычислений. Была построена цифровая модель корпуса шхуны.

Были продублированы разделы расчётов при воздействия ветра 9 баллов на штормовые паруса в случае полной загрузки, а также ветра силой 12 баллов на судно без парусов.

Проверялось отношение (≥ 1,4) площадей под кривой ДСО (B+C) к площадям под кривой кренящих ветровых моментов (A+B) при штормовых парусах (и без парусов), как предписано методикой.

Как видно в данных условиях все критерии выполняются, а разница между данными из Отчёта и расчётными показателями не превышает 5 % отн.

На этом основании в дальнейшем была произведена оценка элементов ветростойкости нескольких промысловых мотопарусных ботов для Севера и Каспия при полной парусности вспомогательных парусов и без них, результаты предполагаю выложить позже.

В связи с этим:

- Нельзя ли уточнить, что означает угол крена 56,4 градуса? Это угол заливания, опрокидывания или что-то другое

- Какие углы крена приняты в качестве предельных в расчётах действия постоянного и шквального ветра?

- Если применяемая методика проверки остойчивости мотопарусной яхты соответствует офиц. Правилам и где-то опубликована, нельзя ли сослаться на источник

 

[vasilisk]

Очень интересно, спасибо за информацию. Одно время интересовался аналогичными вопросами. Пытался изучать ветростойкость мотопарусных промысловых ботов 40-50 годов по Правилам постройки и оборудования традиционных судов (Sicherheitsanforderungen an den Bau und die Ausrüstung von Traditionsschiffen), 2020 г. Ниже выдержка о критериях остойчивости и перевод:

Посмотреть вложение 133165

14.2 Критерии остойчивости парусных судов:

a) Метацентрическая высота ≥ 0,6 м

b) Восстанавливающее плечо ДСО при угле максимума ≥ 0,3 м

с) Предельный статический крен под парусами не должен превышать угол погружения кромки палубы в воду или 20°, что меньше.

d) Судно со снятыми парусами должно выдерживать бортовой ветер 12 баллов

е) Угол заливания должен быть не менее 35°

f) Отношение площади под кривой ДСО (В+С) к площади под кривой плеч кренящих ветровых моментов (А+В) должно быть ≥ 1,4 до предельного угла крена (угла заливания).

Выполнение критериев c,d и f проверяют для всех планов парусности (стандартный, штормовые паруса, без парусов и пр.) и случаев нагрузки (порожнем,полная,запасы 10% и др.).

Пример детальных расчётов по этим критериям дан например в материалах расследования причин аварии шхуны Эльба (24,8х5,8м) : Untersuchungsbericht 211/19. Sehr schwerer Seeunfall. Kollision zwischen Traditionsschiff No.5 ELBE.

Посмотреть вложение 133164

Я использовал этот Отчёт для ознакомления с практикой применения Правил и верификации своих вычислений. Была построена цифровая модель корпуса шхуны.

Посмотреть вложение 133161

Были продублированы разделы расчётов при воздействия ветра 9 баллов на штормовые паруса в случае полной загрузки, а также ветра силой 12 баллов на судно без парусов.

Посмотреть вложение 133183

Проверялось отношение (≥ 1,4) площадей под кривой ДСО (B+C) к площадям под кривой кренящих ветровых моментов (A+B) при штормовых парусах (и без парусов), как предписано методикой.
Посмотреть вложение 133184
Как видно в данных условиях все критерии выполняются, а разница между данными из Отчёта и расчётными показателями не превышает 5 % отн.

Посмотреть вложение 133179

На этом основании в дальнейшем была произведена оценка элементов ветростойкости нескольких промысловых мотопарусных ботов для Севера и Каспия при полной парусности вспомогательных парусов и без них, результаты предполагаю выложить позже.

В связи с этим:

- Нельзя ли уточнить, что означает угол крена 56,4 градуса? Это угол заливания, опрокидывания или что-то другое

- Какие углы крена приняты в качестве предельных в расчётах действия постоянного и шквального ветра?

- Если применяемая методика проверки остойчивости мотопарусной яхты соответствует офиц. Правилам и где-то опубликована, нельзя ли сослаться на источник

Интересная информация, с удовольствием прочитал.
В моем случае расчет сделан графическим методом по критерию внезапного приложения кренящего момента из равенства площадей S1=S2 по диаграмме статической остойчивости. Определен предельный кренящий момент в наихудшем случае, это 17.6 и 56.4 градуса, соответственно расчет возможной силы ветра по каждому варианту несения парусов для не превышения предельного безопасного кренящего момента.


17.6 градуса также соответствует критерию, изложенному у Вас, как "предельный статический крен <20".

 

[xaikan2012]

На Рис. 1 показаны диаграммы плеч статической остойчивости лодки на попутном волнении, расчитанные методом Нечаева по исходным данным, приведённым в предыдущем сообщ. На гладкой воде плечо ДСО при крене 30 градусов состовляет ~0,25 м, на вершине попутной волны уменьшается до ~0,20 м.
Посмотреть вложение 133123

На Рис.2 отмечена позиция лодки на сравнительной диаграмме. Видно, что величина плеч ДСО на вершине попутной волны (синие столбцы) прибл. 0,20 ± 0,005 м типична для многих мореходных судов. Например мотопарусного эксп. судна пр. 545, мотопарусного промыслового бота для Мурмана пр. 516, сейнера СЧС-150, сейнера РС-300 и др.

Посмотреть вложение 133124

По правилам Морского регистра плечо ДСО малых судов (в т.ч. ≤24 м) должно быть не менее 0,25 м на гладкой воде при угле крена θ≥30°. В неявном виде это отражает ситуацию понижения остойчивости малых судов на вершине волны и содержит запас на ухудшение характеристик ДСО в период зависания судна на вершине попутной волны

Метод Нечаева это конечно неплохо, но это уже уходящая, а точнее уже ушедшая классика, к тому же эмпирическая. Наличие твердотельной модели позволяет более строго и достоверно определить все необходимые параметры остойчивости на любом заданном профиле волны. Хоть вдоль, хоть поперек, хоть по косой, а если поднатужится, то и с учетом собственной волны движущегося судна.

 

[gmdss]

Наука не стоит на месте, ясно, что возможности расширяются, в т.ч. и по тематике попутного волнения (C.Д.Чижумов. Основы динамики судов на волнении, стр. 102-108).

Понятно и то, что более надёжные результаты действия на судно кренящей нагрузки могут быть получены на базе специально проведённых экспериментов. Особенно с моделями судов в опытовых бассейнах, которые впрочем доступны лишь в редких НИИ.

Поэтому принимая во внимание все уже проведённые предварительные расчёты, пожелаем vasilisk достроить яхту, спустить её на воду и провести квалифицированное опытное кренование своего судна. Что только и позволит установить реальные характеристики основных элементов и получить достоверный расчёт остойчивости.

 

[vasilisk]

На сегодня у меня посчитаны так сказать предельные параметры, при которых эксплуатация судна будет возможна с учетом возложенных на него задач
Однако расчёт по текущей модели показывает, что я с большой долей уверенности должен выполнить гораздо лучшие показатели по водоизмещению и остойчивости.

 

[xaikan2012]

Наука не стоит на месте, ясно, что возможности расширяются, в т.ч. и по тематике попутного волнения (C.Д.Чижумов. Основы динамики судов на волнении, стр. 102-108).

Посмотреть вложение 133224

Понятно и то, что более надёжные результаты действия на судно кренящей нагрузки могут быть получены на базе специально проведённых экспериментов. Особенно с моделями судов в опытовых бассейнах, которые впрочем доступны лишь в редких НИИ.

Посмотреть вложение 133225
Поэтому принимая во внимание все уже проведённые предварительные расчёты, пожелаем vasilisk достроить яхту, спустить её на воду и провести квалифицированное опытное кренование своего судна. Что только и позволит установить реальные характеристики основных элементов и получить достоверный расчёт остойчивости.

Наука действительно не стоит на месте. И возможности ее действительно расширяются, и расширяются уже последние 50-60 лет разработкой и внедрением в практику методов математического моделирования. Цифровизация в мировой науке рулит уже многие годы. Применительно к судостроению, а конкретнее к всякого рода натурным испытаниям масштабных моделей в бассейнах, это позволяет экономит время, деньги и прочие ресурсы. Вариабильность исследовательских, проектных работ увеличивается в десятки, сотни раз. Также растет и достоверность результатов. Если взять к примеру определение параметров судна по результатам испытаний масштабной модели в бассейне, то в дальнейшем при анализе, и пересчете на натуру требовались учесть различные степени масштабируемости. Например линейные размеры прямо пропорциональны, площади во второй степени, объемы в кубической степени, вязкость воды неизменна. А еще число Рейнольдса. А еще и воздух со своей вязкостью. Наличие математической модели, грамотной модели решает все эти вопросы за раз. За что следует благодарить математиков и программистов. А нам остается только с умом и разумностью пользоваться результатами их труда в форме различных программных продуктов. И заменить редкие НИИ группой грамотных программистов и инженеров судостроителей. Пример Альберт Назаров, Брюс и другие.
Касательно постулата -- предварительный расчет -- опытное кренование (опыт кренования) -- достоверный расчет -- он в не верен. Математическая модель корпуса судна, построенная в САПРе в виде твердотельной модели при достоверных начальных условиях позволяет получить параметры гидростатики, остойчивости и многие другие параметры с точностью в разы выше, чем при классических методах расчета. Опыт кренования проводится для проверки соответствия реальных параметров параметрам проектным. Правильный постулат --- Расчет --- контроль строительства --- опыт кренования --- анализ результатов и оценка невязки с проектными данными с учетом степени точности данных опыта кренования.

 

[gmdss]

Всё вышесказанное о построении твердотельных моделей в САПР, постулатах и программных продуктах конечно интересно и познавательно, но относится всё же к сфере деятельности соответствующих КБ. Такими возможностями большинство участников данного любительского форума не располагает. Поэтому кому интересно, может использовать в предварительных расчётах и иные, более доступные методы и средства. Например vasilisk применил графический метод анализа ДСО, я - метод Нечаева, а xaikan2012 предложил использовать таблицы Еxcel: тема Самостоятельные расчеты в любительском судостроении.

 

[xaikan2012]

Всё вышесказанное о построении твердотельных моделей в САПР, постулатах и программных продуктах конечно интересно и познавательно, но относится всё же к сфере деятельности соответствующих КБ. Такими возможностями большинство участников данного любительского форума не располагает. Поэтому кому интересно, может использовать в предварительных расчётах и иные, более доступные методы и средства. Например vasilisk применил графический метод анализа ДСО, я - метод Нечаева, а xaikan2012 предложил использовать таблицы Еxcel: тема Самостоятельные расчеты в любительском судостроении.

Большинство участников данного любительского форума не только не располагают такими возможностями, но и не желают ими располагать. И очень даже правильно делают, не забивают голову знаниями, которые в жизни им не пригодятся.

 

[gmdss]

Надёжные результаты ... могут быть получены на базе специально проведённых экспериментов. Особенно с моделями судов в опытовых бассейнах, которые впрочем доступны лишь в редких НИИ.

А вот кcтати актуальная иллюстрация. Не далее, как вчера, 17 апреля 2024 года появилась информация о небезынтересном примере таких экспериментов. В Ледовом бассейне Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ).

Ледовый опытовый бассейн

www.aari.ru

Завершены испытания модели научно-экспедиционного судна «Иван Фролов»

www.aari.ru

Модельные испытания - заключительный этап технического проектирования. Модель будущего судна преодолевает поля сплошного ровного и торосистого льда, искусственно созданные в Ледовом бассейне при температуре -18°С. Таким образом, экспериментальным путем подтверждается одна из ключевых характеристик судна ледового плавания – ледопроходимость, и другие показатели, полученные ранее расчетным путем в процессе технического проектирования (цит.)

 

[weeFOX]

Безопасные плечи остойчивости по представлениям голландцев.
Интересно: чем при меньшем угле крена достигается максимальное плечо, тем оно должно быть больше.
Оптимум при 35 градусах крена. При больших углах опять плечо возрастает. Но максимальное плечо при меньшем крене более опасно, чем при большем.

 

[weeFOX]

Все для себя не могу разобраться, что такое остойчивость мало, а что такое много.
Купил вот такую книжку

Прочитал, книжка очень сложная, рекомендовать не буду, сам читал по диагонали, потому что ее за день не освоить.
Но купил не зря, там авторами приводятся такой график

То есть слева от координатной сетки это параметры судов потерпевших аварию, справа не потерпевших.
Вообщем, если у судна плечо порядка 0.45 м при 40-45 градусах, то к волне можно плавать боком, задом, по синусоиде и вообще как заблагорассудится, никаких последствий не будет, известных авторам аварий с такими параметрами судов не зафиксировано. Или если параметры судна попадают в заштрихованную область, то надо думать каким курсом и с какой скоростью идти.
В анализе участвовали примерно такие суда

 

[gmdss]

Все для себя не могу разобраться, что такое остойчивость мало, а что такое много...............
Вообщем, если у судна плечо порядка 0.45 м при 40-45 градусах, то к волне можно плавать боком, задом, по синусоиде и вообще как заблагорассудится, никаких последствий не будет, известных авторам аварий с такими параметрами судов не зафиксировано.

Как отмечал А.Назаров, подход к нормированию остойчивости парусных яхт подразумевает оценку комплекса факторов, связанных с размерениями яхты и ее диаграммой остойчивости.Для это используется интегральный показатель STIX (Stability Index – индекс остойчивости).Наибольшее влияние на STIX оказывает фактор размера яхты. Большие по размеру и более тяжелые яхты полагаются наиболее надежными. Учитывают и другие факторы, например плечо восстанавливающего момента при крене 90°. Снижают баллы широкие яхты легкого водоизмещения, яхты с завышенной парусностью и т.п. Правила предусматривают категории: океанская яхта A (STIX=>32), яхта открытого моря B (STIX=>23), яхта прибрежного плавания C (STIX=>14) и внутреннего плавания D (STIX=>5), т.е. чем выше STIX, тем более остойчива яхта.

Аналогичного STIX интегрального показателя остойчивости для непарусных судов нет.

Поэтому нельзя сказать, что остойчивость катера №1 больше, чем у катера №2, ведь единой числовой характеристики остойчивости нет. Оценивают, сравнивают и нормируют лишь отдельные элементы остойчивости: метацентрическая высота, площади под кривой ДСО, углы макс. и заката, плечи стат. остойчивости при крене ≥30° и т.д. Фактор размера также имеет значение. По Правилам РС судам длиной менее 15 м может быть установлен ограниченный район плавания R3; от 15 до 20 м не выше R2; от 20 до 24 м не выше R1.

Так например величина МЦВ парусных яхт,буксиров и ледоколов как правило высокая, например у пр. 1606 состовляет 1,1÷1,28м при разных нагрузках, Качка таких спортивных и производственных судов, особенно килевых яхт без парусов может быть резковата.С другой стороны, по отчёту об одной комфортабельной моторной яхте, чтобы смягчить качку и добиться приятных условий пребывания на борту, была выбрана оптимальная МЦВ=0,67 м. Амер. корабли классифицируют по допустимому уровню ускорения. Дорогущий самовосстанавливающийся катер открытого моря с соответствующими характеристиками ДСО, в тихой заводи является экономическим недоразумением.Эти примеры показывают, что элементы остойчивости судна должны соответствовать его классификации, выполняемым функциям и условиям плавания.

Что касается высокой надёжности судов с плечами порядка 0.45 м при крене 40-45 градусов, то хорошей иллюстрацией к этому может служить диаграмма в сообщении #621 Судя по представленным данным, число судов с исходными плечами ≥0,45 м не превышает 25% от изученных. Показано, что такие суда отличаются тем, что даже на вершине попутной волны их плечи статической остойчивости порой значительно превышают 0,25 м. Иными словами, критерий РС для гладкой воды (плечо ≥0,25м при крене ≥30°) выполняется в наиболее неблагоприятных условиях попутной волны.

Можно видеть, что к этим судам относятся парусные яхты; буксиры, расчитанные на динамические рывки буксирных канатов; мореходные мотопарусные боты и шхуны для промысла в акваториях Северных морей.

 

[weeFOX]

интегральный показатель STIX (Stability Index – индекс остойчивости)

Спойлер: Что такое STIX?

Что такое STIX?

STIX - это сокращение от индекса устойчивости. STIX - это способ выразить динамическую устойчивость судна с помощью одного значения. Чем выше значение STIX, тем устойчивее судно на ходу. Однокорпусные парусные яхты длиной от 6 до 24 метров, производимые в ЕС с 19xx года, должны иметь значение STIX, и все производители должны были предоставлять информацию о STIX.

Как рассчитать STIX?
Вычисление значений STIX немного сложнее, чем вычисление AVS.
STIX = (7 + 2,25LBS) x F0,5
где F = FDS x FIR x FKR x FDL x FBD x FWM x FDF
и LBS = (2 x LWL + LH) /3
Базовое значение рассчитывается с использованием длины LBS, где чем длиннее лодка, тем выше будет базовое значение. Затем это базовое значение умножается на 7 коэффициентов, каждый из которых влияет на устойчивость лодки. Коэффициент увеличивает общую динамическую устойчивость лодки.

Коэффициент динамической устойчивости (FDS)
Этот коэффициент представляет собой присущую ему энергию выравнивания (относительно его длины), которую необходимо преодолеть до того, как произойдет нарушение устойчивости.
FDS никогда не следует принимать как значение меньше 0,5 или больше 1,5.

Коэффициент восстановления при инверсии (FIR)
Этот коэффициент отражает способность восстанавливаться без посторонней помощи после инверсии.
Значение FIR никогда не должно быть меньше 0,4 или больше 1,5.

Коэффициент восстановления после нокдауна (FKR)
Этот коэффициент отражает способность лодки выплескивать воду из парусов и, следовательно, восстанавливаться после нокдауна.
FKR никогда не следует принимать меньше 0,5 или больше 1,5.

Коэффициент длины смещения (FDL)
Этот фактор объясняет благоприятное влияние большего смещения на заданную длину, повышающее устойчивость к опрокидыванию.
Значение FDL никогда не должно приниматься меньше 0,75 или больше 1,25.

Коэффициент смещения балки (FBD)
Этот фактор объясняет повышенную уязвимость к опрокидыванию в пучинистом море лодок с заметной засветкой над бортом и увеличенной шириной балки по отношению к водоизмещению.
Значение FBD никогда не должно приниматься меньше 0,75 или больше 1,25.

Коэффициент ветрового момента (FWM)
Для лодок, у которых φD или φDH меньше 90 °, этот коэффициент отражает риск затопления из-за порыва ветра, кренящего необорудованную лодку.
FWM никогда не должно приниматься как значение меньше 0,5 или больше 1,0.

Коэффициент затопления (FDF)
Этот фактор представляет риск затопления при нокдауне.
FDF никогда не следует принимать меньше 0,5 или больше 1,25.

Посмотрел, рассчитал для предельных случаев - при обной длине разница в 25 раз, не основной там фактор длина. К тому же в ряде источников (как выше) речь идет, что сомножители назначаются, в ряде есть формулы для расчета. Как то не зашел мне этот индекс.

Аналогичного STIX интегрального показателя остойчивости для непарусных судов нет.

Поэтому нельзя сказать, что остойчивость катера №1 больше, чем у катера №2, ведь единой числовой характеристики остойчивости нет.

Я полагаю, что это критерий погоды.

В ряде источников указывается, что желательная величина критерия погоды выше полтора, например: "Для метеорологических судов значение критерия погоды K является в каждом случае предметом специального рассмотрения Регистром; при этом рекомендуется, чтобы эта величина была не менее 1,5"

 

[Albert Nazarov]

Я полагаю, что это критерий погоды.

В ряде источников указывается, что желательная величина критерия погоды выше полтора, например: "Для метеорологических судов значение критерия погоды K является в каждом случае предметом специального рассмотрения Регистром; при этом рекомендуется, чтобы эта величина была не менее 1,5"

Критерий погоды является определяющим только для определенных типов судов. Его смысл - оценка воздействия на судно ветра и качки. Однако, для судов малых размерений определяющим является крен при смещении людей к борту. Для скоростных судов таковым может оказаться крен на циркуляции на высокой скорости. Подробный разбор критериев был в статье https://rs-class.org/nts/sbornik-36/criteria-for-evaluating-stability-of-small-ships/

 

[weeFOX]

Подробный разбор критериев был в статье

А уж закопали ее, еле отрыл

 

[gmdss]

Вообщем, если у судна плечо порядка 0.45 м при 40-45 градусах, то...известных авторам аварий с такими параметрами судов не зафиксировано.

А вот кстати ещё одно судно с подобным плечом. Весьма актуальное сообщение об объёмах расчётов остойчивости малых судов по критериям ИСО 12217-1.

https://vk.com/wall-214658839_457

С интересными комментариями и примерами элементов статики, пантекаренов и ДСО. Плечо статической остойчивости проекта катера длиной 12м (тип не указан) на максимуме состовляет 0,43 м! По прибл. оценке, метацентрическая высота повидимому, где-то около 1,3 м.

 

[weeFOX]

По прибл. оценке, метацентрическая высота повидимому, где-то около 1,3 м.

Думаю даже больше - график очень крутой