Назаров А.Г., Назарова Л.Б. (Морской Факультет СевНТУ)
опубликовано в журнале "Судоходство" №5-6, 2003.

Остойчивость является, пожалуй, одним из наиболее хорошо изученных мореходных качеств судна. Для парусника остойчивость важна еще и потому, что определяет способность судна нести паруса и таким образом непосредственно влияет на ходовые качества. Из-за небольших размеров и характерных принципов движения, эти суда гораздо сильнее подвержены неблагоприятному воздействию стихии, что предъявляет особые требования к их остойчивости как важнейшему фактору безопасности [7].
В предлагаемой статье предпринята попытка обобщить современные подходы к оценке остойчивости, предложить основу для создания отечественной нормативной базы и наметить перспективные пути совершенствования мореходных качеств малых парусных судов.

Рис.1 Диаграмма статической остойчивости яхты типа "Conrad 25RT"

Рис.1 Диаграмма статической остойчивости яхты типа "Conrad 25RT"

Только относительно недавно стало общепризнано, что рассматривать остойчивость малых парусных судов необходимо во всем диапазоне углов крена =0…180° (рис.1). Как известно, площадь A под диаграммой остойчивости характеризует работу, которую необходимо совершить для опрокидывания судна, а площадь B - работу, необходимую для его спрямления. Наклон начального участка a диаграммы характеризует начальную поперечную метацентрическую высоту ; по аналогии, наклон участка b - то же, но в опрокинутом положении. Из практики эксплуатации малых парусных судов открытого моря, отношение площадей A к B должно составлять 3:1 и более. Чем меньше площадь B и угол b, тем выше вероятность самостоятельного спрямления судна из опрокинутого положения за счет энергии волн [5].

Помимо традиционных способов повышения остойчивости за счет подъема метацентра (т.е. остойчивость формы) или понижения центра тяжести (т.е. остойчивость веса), у малых парусных судов существует еще один эффективный способ обеспечения начальной остойчивости - откренивание массой экипажа или перемещаемого балласта. Характеристики начальной остойчивости используются при обосновании площади парусности [7] и в правилах обмера гоночных яхт для "уравнивания шансов на победу", но они не дают полного представления о безопасности парусных судов.
К сожалению, толчком к изучению вопросов остойчивости часто служат аварии. Так было после штормовой Фастнетской гонки 1979 года, когда из 303 стартовавших финишировали только 85 яхт, 194 сошли с дистанции, 19 оставлены экипажем, 17 яхт опрокинуто, 5 затонуло, 15 яхтсменов погибли [2].

Рис.2 Диаграммы остойчивости яхт "Contessa 32" и "Grimalkin"

Рис.2 Диаграммы остойчивости яхт "Contessa 32" и "Grimalkin"

В ходе расследования причин Фастнетской трагедии [6] было выполнено сравнение диаграмм остойчивости двух яхт разного архитектурного типа примерно одинаковой длины: "классической" "Contessa 32" и экстремального "полутонника" IOR "Grimalkin" (рис.2). При одинаковых характеристиках начальной остойчивости (начальная метацентрическая высота составляет =0.85 м), существенные различия обнаруживаются при больших углах крена. "Grimalkin" обладает положительной остойчивостью в диапазоне 0…115°, в то время как для яхты "Contessa 32" потеря остойчивости наступает только при крене 155°. Более того, что будучи опрокинутой днищем вверх, "Grimalkin" очень остойчива в этом положении, в то же время "Contessa 32" легко спрямляется. Исследования на моделях в опытовом бассейне показали, что в плане опрокидывания опасна обрушивающаяся волна с высотой, равной ширине судна, а такая же волна с высотой 60% длины корпуса опрокидывает любую яхту. Был сделан вывод о недостаточной безопасности достаточно широких и легких судов "нового типа". Стремление исправить ситуацию нашло отражение в разработанных позднее подходах к оценке остойчивости малых парусных судов.

Попытки нормирования остойчивости гоночных и круизно-гоночных яхт предпринимались, например, еще в американских правилах CCA, действовавших в 1930-60-е годы: оговаривалась начальная поперечная метацентрическая высота в зависимости от длины и класса судна. Правила обмера морских гоночных яхт IOR, введенные в 1969 г. с последующими редакциями, предусматривали приближенную оценку остойчивости при крене 90°. Ориентировочно, при расчете контрольной величины SV в этом положении плечо остойчивости должно составлять не менее 0.25 м.
В США сразу после Фастнетской трагедии нашел применение "фактор риска опрокидывания", разработанный USYRU при участии общества морских инженеров SNAME и рассчитываемый по формуле:

где BMAX - ширина наибольшая, футы; D - весовое водоизмещение, фунты. Установлено, что суда с CSF>2 не должны участвовать в океанских гонках. Очевидно, фактор штрафует широкие и легкие яхты как наиболее остойчивые в опрокинутом положении.

После опрокидывания и гибели в Атлантике барка "Marques" в 1984 году, при поддержке морских властей Великобритании и MCA (Maritime and Coastguard Agency) были разработаны "практические рекомендации" - "MCA Codes of Practice" [1], покрывающие основные аспекты безопасности и остойчивости чартерных и учебных парусников. Так, остойчивость парусных судов длиной до 15 м с наружным балластом оценивается и категория плавания назначается исходя из расчетного угла заката диаграммы остойчивости, определяемого по приближенной формуле:

В свою очередь, минимально допустимый угол заката нормируется в зависимости от длины судна и категории плавания. Величина SSV (Stability Screening Value) рассчитывается как:

где BMAX - ширина яхты наибольшая, м; BR - отношение массы балласта к водоизмещению; DCB - осадка корпусом, м; V - объемное водоизмещение, м3.

По методу SSS (Stability and Safety Screening), введенному британскими яхтенными организациями RYA и RORC в конце 1980-х, "индекс остойчивости и безопасности" SSSN представляет собой сумму базовой BV и корректировочной AV величин. Базовая величина BV зависит в первую очередь от длины судна, а также учитывает "отклонение от нормы" конструктивных особенностей. Величина AV зависит от длины яхты и соответствия ее оборудования какой-либо из категорий ORC, что определяет безопасность судна в целом. Значение SSSN50 соответствует категории гонок 0, SSSN40 - категории 1, SSSN30 - категории 2 и т.д. Аналогичный "рейтинговый" подход применяется в STOPS (Sail Training Operational Stability).
В последнее время в практике RYA-RORC используется методика SSI (Stability and Safety Indices), который является комбинацией SSS и нового STIX и определяется централизовано по данным мерительного свидетельства. Методика предусматривает различные варианты, в зависимости от располагаемой технической информации: от приближенной оценки по прототипу или по главным размерениям до расчета индекса остойчивости с полным учетом диаграммы и опыта кренования. Чем меньше исходных данных, тем больше запас "в безопасную сторону" при назначении SSI. Предусматривается также нормирование минимальных углов заката в зависимости от категории и водоизмещения судна. Подход к определению AVS и разделения на категории по индексу остойчивости соответствует методике ISO 12217 (см.табл.1).
В международной системе обмера морских гоночных яхт IMS индекс остойчивости IMS STIX определяется так:

где CI - поправка на риск опрокидывания, определяемая аналогично CSF (см.выше); SI - поправка на размер яхты, зависящая от длины и водоизмещения. Угол заката AVS по IMS должен составлять не менее 103° независимо от размера судна.

Таким образом, в перечисленных выше системах требование иметь определенный "индекс остойчивости" и/или угол заката не носит обязательный характер, но является непременным условием для допуска к участию в морских гонках соответствующей категории.
Несколько иные подходы применяются к нормированию остойчивости в пределах отдельных классов яхт, в которых размеры судов уже лимитированы более узкими рамками класса. Так, в ходе кругосветных гонок Vendee Globe и Around Alone произошло несколько "оверкилей" яхт класса "Open 60". Проблема оказалась не столько в том, что яхты опрокидывались, а в том, что они не восстанавливались. Среди причин ситуации отмечено [3], что изначально заниженные требования к остойчивости (AVS110°) усугублялись большой шириной по палубе в сочетании с легким водоизмещением и малой относительной долей балласта. Кроме того, в ходе расследования выявлено несоответствие расчетного и фактического положения аппликаты ЦТ судов. Новые правила классов "Open 60" и "-50" предусматривают обязательное проведение опыта кренования и существенно ужесточают требования к остойчивости: минимально допустимый угол заката составляет AVS=127.5°, а соотношение положительной и отрицательной площадей диаграммы остойчивости - A/B=5. От экипажей яхт требуется умение спрямить судно в ходе теста на полное опрокидывание (рис.3), при этом разрешено использовать надувные емкости, заполнение отсеков водой, перемещение балласта и т.д. Эффект от средств откренивания должен составлять не более 10° (рис.4). Аналогичные по структуре требования предъявляются к судам других классов - "Open 40", "-30", "-6.5" и т.д.

Рис.3 Яхта класса "Open 60" проходит тест на опрокидывание

Рис.3 Яхта класса "Open 60" проходит тест на опрокидывание

Рис.4 Диаграммы статической остойчивости яхты класса "Open 50" <br> 1 - качающийся киль в ДП; 2 и 3 - киль наклонен на наветренный и подветренный борт

Рис.4 Диаграммы статической остойчивости яхты класса "Open 50"
1 - качающийся киль в ДП; 2 и 3 - киль наклонен на наветренный и подветренный борт

В рамках Технического Комитета 188 "Малые суда" ISO (International Standards Organisation) выполнены работы по созданию международных норм остойчивости парусных судов длиной менее 24 м. С вступлением в силу в 1998 в странах Евросоюза директивы RCD (Recreation Craft Directive 94/25/EC) нормы ISO 12217 [4] стали обязательными для вновь проектируемых прогулочных судов. Выражение индекса остойчивости имеет следующий вид:

где LBS - фактор длины, являющийся наиболее значимым и определяющий масштаб взаимодействия яхты с волнением; FDS - фактор, учитывающий площадь положительной части диаграммы остойчивости (лежит в диапазоне 0.5-1.5); FIR - фактор, учитывающий угол заката диаграммы остойчивости (0.4-1.5); FKR - фактор, учитывающий возможность самостоятельного спрямления при крене 90° (0.5-1.5); FDL - фактор отношения водоизмещения к длине (0.75-1.25); FBD - фактор отношения водоизмещения к ширине; FWM - фактор учитывающий возможность заливания при углах крена до 90°; FDF - фактор, учитывающий угол заливания (0.5-1.25); - поправка на наличие блоков плавучести.
В данной методике учтено, что относительно легкие яхты и широкие яхты неблагоприятны с точки зрения восстановления при опрокидывании.

Требования ISO 12217-2 к остойчивости парусных судов

Таблица 1

A - океанское плавание 32 (130-0.002m) и 100°
B - морское плавание 23 (130-0.005m) и 95°
C - прибрежное плавание 14 90°
D - внутренние воды 5 75°

m - весовое водоизмещение судна, кг.

Тем не менее, анализ показывает, что методика ISO 12217-2 преподносит некоторые сюрпризы. Так, надежная яхта "Contessa 32" с AVS=155° получает STIX=32 - ниже, чем такая же по длине двухкилевая "Etap 32S" с AVS=122° за счет меньшей площади А диаграммы [1]. Некоторые специалисты считают углы заката по ISO явно заниженными. Например, для яхты длиной 12 м и водоизмещением 10 т минимальные углы заката диаграммы остойчивости по ISO составляют AVS=110° для категории A и AVS=95° для категории B, в то время как по MCA требуется AVS=132° и 126° соответственно. Очевидно, следует ожидать совершенствования правил по мере накопления опыта их применения.
Подведем итоги: достаточно трудно сформулировать надежный критерий, пригодный для комплексной оценки остойчивости парусных судов с учетом сложного характера их взаимодействия со стихией. Для однокорпусных судов находят применение следующие подходы, используемые по отдельности или комбинированно:

  • Требования к диаграмме статической остойчивости. Обычно нормируется угол заката AVS; иногда - плечо остойчивости или восстанавливающий момент при крене 90°, характеристики начальной остойчивости, соотношение площадей A/B и т.д.
  • Индекс остойчивости (или безопасности), представляющий собой числовой "рейтинговый" критерий. Он включает в себя набор факторов, учитывающих характеристики остойчивости судна, штрафующих либо поощряющих конструктивные особенности судна и т.д. В настоящее время в мировой практике применяются индексы остойчивости яхт, имеющие следующую структуру:

    Чем выше индекс остойчивости, тем более безопасным считается судно.
  • Критерий погоды в традиционном виде иногда применяется в правилах классификационных обществ. Однако корректность этого подхода зависит, например, от наличия инженерных методов расчета параметров качки парусного судна, которые до сих пор не разработаны.

Принимая во внимание мировой опыт в применении к нормированию остойчивости отечественных малых парусных судов предлагаются следующие подходы. С учетом реальной ситуации и при отсутствии технической документации, для уже находящихся в эксплуатации судов необходим упрощенный критерий оценки остойчивости на основе главных размерений, данных мерительного свидетельства, результатов опыта кренования и т.д. Для вновь проектируемых судов необходимо соответствие требованиям ISO 12217 [4]. Очевидно также, что требуемая Регистром "Информация об остойчивости" и уровень подготовки судоводителей должны отвечать особенностям эксплуатации судов рассматриваемого типа.

Ссылки:

  1. Blyth A. STIX Numbers and Seaworthiness // "Yachting Monthly", August 2002, p.56-59.
  2. Coles A. Heavy Weather Sailing. London, Adlard Coles LTD, 1980.
  3. Finot J.-M. 60'Open, the conditions of safety, past evolution, current state, future // Groupe Finot, 1999.
  4. ISO 12217-2 "Sailing boats of hull length greater or equal to 6 m". 1999-2002.
  5. Sheahan M. Standards for Stability // "Yachting World", August 2002, p.88-92.
  6. Stephens O., Kirkman K., Peterson R. Sailing Yacht Capsizing //The Fifth Chesepeake Sailing Yacht Symposium. 1981. p.37-58.
  7. Назаров А.Г. Остойчивость парусных яхт и малых судов // "Шкипер" №1-2 2003.

 

28.07.2003
^ Наверх Наверх ^
Copyright 2000 - 2013 ukryachting.net - Карта сайта