Остойчивость судна в режиме online

Безопасность мореплавания флота наряду с другими факторами обеспечивается возможностью оперативно оценить остойчивость судна. Наличие системы автоматизированного мониторинга остойчивости особенно важно при аварийной ситуации для определения времени, необходимого для эвакуации экипажа и пассажиров. Петербургская компания «Валком» совместно с ООО «ПКБ «Балтмарин» разработали и тестируют новый способ и программно-аппаратный комплекс для расчета динамической остойчивости судна.

Пока оснащение судов системой автоматизированного мониторинга остойчивости носит рекомендательный характер и является добровольным решением судовладельца. Для рыболовных и вспомогательных судов, а также флота, осуществляющего различные грузоподъемные операции, наличие такой системы является залогом безопасности, поскольку она обеспечивает судоводителя информацией о фактических текущих значениях различных параметров остойчивости судна. Эти данные позволяют оценивать приближение параметров движения судна (или подъема груза) к опасной зоне и своевременно изменять их.

Кроме этого, при аварии, особенно если происходит быстрое затопление ряда отсеков, оперативная оценка текущей остойчивости является жизненно важной, так как дает возможность определить время, в течение которого экипажу и пассажирам необходимо оперативно покинуть аварийное судно.

В настоящий момент классификационные общества разрабатывают требования к судам, оборудованным системой автоматизированного мониторинга остойчивости, так называемой системой контроля динамической остойчивости, с введением соответствующих знаков в символ класса. Подобные требования должны будут применяться совместно с вступлением в силу части II «Корпус», части IV «Остойчивость», части XVII «Дополнительные знаки символа класса и словесные характеристики, определяющие конструктивные или эксплуатационные особенности судна» Правил классификации и постройки морских судов, части V «Навигационное оборудование» Правил по оборудованию морских судов, Правил классификационных освидетельствований судов в эксплуатации и Правил технического наблюдения за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий для судов.

Система контроля динамической остойчивости аккумулирует фактические значения различных параметров остойчивости судна, измеряемых в режиме реального времени при эксплуатации судна. Эти данные могут быть получены с использованием датчиков ускорения (для регистрации параметров линейных и угловых динамических перемещений корпуса с шестью степенями свободы), датчиков ветра, системы мониторинга волнового состояния поверхности моря и т.  п. Также система может быть связана с судовой навигационной системой, с грузовым компьютером судна (на котором установлено программное обеспечение расчета безопасных параметров мореплавания, соответствующих текущей загрузке судна) и с регистратором данных рейса.

Очевидно, что указанная система при установке на судно должна проходить процедуру одобрения классификационным обществом и соответствовать общим требованиям национальных и международных стандартов.

Прогнозный вариант оценки остойчивости

Для оценки текущей остойчивости судна можно использовать способ контроля остойчивости судна (Патент на изобретение № 2740617, МПК В63В 39/14, опубл. 15.01.2021 г.), включающий измерения периода бортовой качки, осадки судна носом и кормой, кажущегося периода волны, курсового угла, скорости судна на волнении, скорости кажущегося ветра, определение расчетом метацентрической высоты. На основе полученных данных прогнозируются параметры морского волнения, моделируется качка судна с учетом возможности захвата волной носовой оконечности и рассчитывается нагрузка на палубу при ее обтекании, рассчитывается координата центра величины, определяется положение центра тяжести. Базируясь на этих данных, выстраивается трансформированная диаграмма статической остойчивости, параметры которой сравниваются с нормативными требованиями.

Однако существенный недостаток указанного способа в том, что измерения кажущегося периода волны, курсового угла относительно нерегулярного волнения, скорости кажущегося ветра имеют большую погрешность. Это не позволяет определить значение метацентрической высоты с точностью, необходимой для оценки запаса остойчивости в текущий момент времени. Кроме этого, данный способ контроля остойчивости судна имеет прогнозный характер, то есть он основывается на прогнозах волнения и не отражает остойчивость судна в текущий момент времени.

Перспективная разработка в режиме online

В настоящее время компания «Валком» совместно с компанией ООО «ПКБ «Балтмарин» тестируют новый способ и программно-аппаратный комплекс для расчета динамической остойчивости судна. На данный способ получен патент РФ (№ 2767563 от 17.03.2022). ООО «Валком» уже более 20 лет занимается оснащением судов программами для обеспечения расчетов безопасности мореплавания и имеет полный набор метрологически точных сертифицированных приборов, что определяет возможность использования полного программно-аппаратного комплекса для решения поставленной задачи.

Разработчики предлагают решать задачу контроля динамической остойчивости не на прогнозных значениях, а на информации о текущем состоянии остойчивости судна в режиме online с точки зрения оценки приближения к моменту опрокидывания судна. Для этого на основе постоянного (в режиме online) замера угла крена, дифферента судна и сравнения работ кренящего и восстанавливающего моментов по диаграмме статической остойчивости судна (рассчитываемой на основе данных о пантокаренах судна, данных о текущей посадке и аппликаты центра тяжести судна) определяется остойчивость судна в динамике (динамическая остойчивость). На экран выводятся данные (рис.1), например, при загрузке судна, по которым можно определить текущее положение судна, диаграммы остойчивости и текущего угла крена с указанием безопасной и опасной зон. Также информация для оценки приближения параметров движения судна или подъема груза к опасной зоне может быть выведена на смартфон.

Информация о текущей посадке судна на мидель-шпангоуте и аппликаты его центра тяжести может быть получена на основе данных о текущей загрузке судна. То есть судоводитель задает данные о перевозимом грузе, заполнении танков и цистерн, данные о судовых запасах, наличии обледенения, на основании которых определяется водоизмещение судна (и соответственно, осадка на мидель-шпангоуте) и аппликата центра тяжести судна. Уточненные данные о текущей посадке судна на носовом и кормовом перпендикулярах могут быть получены на основе датчиков осадки. Уточненные данные об аппликате центра тяжести судна могут быть использованы из результатов его опытного кренования во время эксплуатации (путем перекачки воды или топлива из цистерн, размещенных на разных бортах судна) или опытной циркуляции, при которой определяется возникший угол крена, зависящий от положения аппликаты центра тяжести судна.

Дальнейшим развитием указанного способа текущей оценки остойчивости является оценка следующих параметров судна:

• оценка периодов угловых и линейных вертикальных перемещений судна с точки зрения близости к состоянию обычного (когда показатель резонанса соответствует диапазону 0,7<kp<1,3) и параметрического резонанса (когда периоды угловых колебаний по крену Ткр и периоды линейных вертикальных перемещений Тверт близки к соотношению Ткр=2Тверт);

•  оценка устойчивого повышения средних арифметических значений абсолютных максимумов угла рыскания.

Реагируя на данные, получаемые от предлагаемой системы, судоводитель может оценивать приближение параметров движения судна (или подъема груза) к опасной зоне и своевременно изменять их. В случае аварийного затопления отсеков данные системы позволят предупредить судоводителя о необходимости провести срочную эвакуацию пассажиров и экипажа.

Ольга Одегова, к. т. н., ООО «Валком»,

Александр Суслов, д. т. н.,  ПКБ «Балтмарин»