Гибель траулеров «Аметист» и «Орионг-501» а также буровой платформы «Кольская» показывают важность обеспечения безопасности штормового плавания судов. Анализ мировой и отечественной статистики аварийности показывает, что на первом месте по основным причинам гибели судов стоит потеря мореходных качеств судна в условиях шторма. Одной из возможных причин гибели судна в этих условиях может быть попадание судна в зону параметрического резонанса по бортовой качке. Это приводит к возникновению усиленных бортовых колебаний, зачерпыванию воды на верхнюю палубу при значительных углах крена на бортовой качке, потере остойчивости и, как следствие, возможному опрокидыванию судна.
Суть параметрического резонанса может быть сведена к следующему[1, с.224]. При исследовании основных видов качки на тихой воде рассматриваются собственные колебания судна. Анализ качки на регулярном и нерегулярном волнении рассматривает вынужденные колебания.
Однако, возможен и третий вид колебаний судна, возникающий вследствие того, что под воздействием внешних сил в процессе движения изменяются параметры самого судна как колебательной системы. В этом случае коэффициенты дифференциальных уравнений, зависящие от параметров системы, становятся функциями от времени. Такие колебания называют параметрическими. Они могут быть затухающими или возрастающими во времени. Первые соответствуют устойчивой системе, вторые свидетельствуют о том, что система неустойчива.
Параметрическое возбуждение наблюдается при определенном соотношении между частотой внешнего воздействия и частотой собственных колебаний системы и в этом случае, по своей теории и последствиям для качки судна, оно сходно с резонансом. По этой причине эти опасные соотношения между частотой вынужденных и собственных колебаний судна называют параметрическим резонансом.
Параметрический резонанс по бортовой качке может приводить к резкому увеличению амплитуды бортовых колебаний судна, попаданию забортной воды на палубу при увеличении углов крена на качке, попаданию воды внутрь корпуса судна, а также возможному опрокидыванию судна.
В работе [1] рассматривался параметрический резонанс по бортовой качке судна, расположенного лагом к волне. Задача сводилась к рассмотрению двух вдов качки – вертикальной и бортовой. При этом, за счет вертикальной качки восстанавливающий момент при бортовых колебаниях становится периодической функцией времени, что может стать причиной возникновения параметрического резонанса по бортовой качке.
В результате было установлено, что опасность возникновения параметрического резонанса является наибольшей при следующих соотношениях:
В работе [1,с.225] отмечалось, что для возникновения параметрического резонанса какого-либо вида качки не требуется, чтобы имела место такая качка. Например, если на тихой воде модель судна будет совершать гармоническую вертикальную качку, частота которой связана с собственной частотой бортовой качки соотношением (1), то при сколь угодно малом отклонении модели судна вокруг продольной оси возникнут бортовые колебания с нарастающей амплитудой и впоследствии возможное опрокидывание модели. Это положение нашло подтверждение в результате многочисленных модельных экспериментов (например, см. Рис. 1).
Как было показано в работе [2] соотношения (1) для возникновения параметрического резонанса справедливы также для судна, движущегося с постоянной скоростью v и курсовым углом q по отношению регулярному волнению (кажущаяся частота волнения sк).
В этом случае относительная (кажущаяся) скорость распространения волн, т.е. их скорость по отношению к движущемуся судну определится следующим образом
(2)
где
Cк – относительная (кажущаяся) скорость распространения волн, м/с; С — скорость распространения волн, м/с;v – скорость движения судна, м/с;q – курсовой угол волнения, град.
Рисунок 1. Модельный эксперимент по определению влияния параметрического резонанса на остойчивость судна
Рисунок 2. Результаты расчета условий параметрического резонанса диаграмме Ю.В,Ремеза при различных вариантах загрузки судна
В судоводительской практике для определения различных вариантов возникновения резонанса используется диаграмма Ю.В.Ремеза. Теоретические положения, высказанные выше, позволяют использовать эту диаграмму и для определения возможности появления параметрического резонанса по бортовой качке (самого опасного вида колебаний, который может привести к гибели судна.). Результаты расчета представлены на Рис. 2.
Современные технологии позволяют автоматизировать использование диаграммы Ю.В.Ремеза для определения дополнительных опасных зон параметрического резонанса по бортовой качке ввести ее состав существующих навигационных приборов, что может повысить безопасность судоходства при плавании судна в шторм.
Список литературы:
1.Ремез Ю.В. Качка корабля. Л.: Судостроение, 1983.- 328 с.
2.Ершов А.А. Поддержание мореходных качеств в аварийных ситуациях. Тез.док. научн.-техн. конф. Проф.-преп. с-ва и научн. сотр. ГМА им.адм С.О.Макарова, 2001 г.[schema type=»book» name=»ПЕРСПЕКТИВЫ АВОТМАТИЗАЦИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯБЕЗОПАСНОСТИ ШТОРМОВОГО ПЛАВАНИЯ СУДНА» description=»В работе рассматривается возможность автоматизированного использования диаграмм штормового плавания для определения опасных зон параметрического резонанса, которое может повысить безопасность судоходства при плавании судна в шторм. » author=»Ершов Андрей Александрович, Теренчук Александр Владимирович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-20″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_25.07.15_07(16)» ebook=»yes» ]