Какие волны переламывают суда?

При штормовании судно испытывает дополнительные нагрузки на продольную прочность. Это связано с изменением геометрии подводной части корпуса судна. Когда волна проходит вдоль судна, где-то появляются излишние силы поддержания (где проходит гребень волны), а где-то появляется недостаток сил поддержания (где находится подошва волны).

Давайте изобразим судно, которое находится у причала и не испытывает волнение. Сравним это судно с нагруженной балкой, которая имеет точки поддержания по всей своей длине:

Мы знаем, что продольные нагрузки на корпусе судна возникают из-за разницы между силами поддержания и силами тяжести на участках длины судна (Buoyancy vs Gravity). На каких-то участках длины судна силы тяжести превышают силы поддержания, а на каких-то силы поддержания превышают силы тяжести (например, где пустой трюм). Эта разница приводит к возникновению нагрузки (Load). Дальше из-за возникновения нагрузок (Loads) судно испытывает перерезывающие силы (Shear Forces), из-за которых возникает изгибающий момент (Bending Moment). Деформирует или даже ломает корпус судна именно изгибающий момент (Bending Moment).

В случае выше судно не испытывает волнение, следовательно, силы поддержания и тяжести вдоль его длины условно сбалансированы. Также мы видим, что груз и точки поддержания балки распределены равномерно вдоль ее длины. Мы говорим, что силы тяжести и поддержания «условно» сбалансированы вдоль длины судна, поскольку, несмотря на отсутствие волнения, все равно из-за распределения грузов и запасов у нас будут возникать статические нагрузки на корпусе судна.

Теперь представим, что судно вышло в море и начало испытывать штормовую погоду с волнами значительной высоты (к примеру, 4% от длины судна). Мы определили, что длина волны составляет 40% от длины судна. Давайте изобразим такое судно в штормовой погоде, и как силы поддержания и тяжести будут распределяться по длине судна, когда волны будут проходить вдоль него:

По мере того как волны проходят вдоль корпуса судна, будут возникать участки, где силы поддержания существенно превышают силы тяжести и наоборот. Конечно, это приведет к дополнительным нагрузкам на продольную прочность судна. Мы можем отчетливо это видеть по балке, на которой груз и точки поддержания уже не размещаются равномерно вдоль ее длины.

При какой длине волны корпус судна будет испытывать наибольшие нагрузки в отношении продольной прочности? Какие волны самые опасные для продольной прочности? Мы рассмотрели вариант, когда длина волны составляет 40%. Давайте увеличим длину волны в 2 раза, и теперь она будет составлять 80% от длины судна. Рассмотрим, как будет выглядеть судно, когда его нос и корма находятся на гребнях волн, а мидель на подошве волны:

В носовой и кормовой частях судна возникнут избыточные силы поддержания, а в районе миделя сил поддержания будет не хватать (в районе миделя возникнет нагрузка из-за преобладающих сил тяжести). Мы это наглядно видим по распределению нагрузки и точек поддержания на балке, которая имитирует судно.

Давайте, взглянув на балку, сразу ответим, в каком случае нагрузки на продольную прочность судна будут больше при одинаковой высоте волны: в первом случае (когда длина волны составляла 40% от длины судна) или во втором случае (когда длина волны составляет 80% от длины судна)? Мы можем однозначно ответить, что вариант, когда длина волны соизмерима с длиной корпуса судна (длина волны составляет 80% от длины судна и более) намного опаснее с точки зрения продольной прочности.

Теперь изобразим судно в момент, когда его нос и корма находятся на подошвах волн, а мидель на гребне волны (такая ситуация возможна, поскольку длина волны соизмерима с длиной судна):

В районе миделя силы поддержания существенно превышают силы тяжести, поскольку в районе миделя осадка судна увеличена гребнем волны. В носовой и кормовой оконечностях судна силы тяжести существенно превышают силы поддержания, поскольку нос и корма судна находятся на подошвах волн. Обратите внимание на балку, на которой распределение груза и точек поддержания имитирует судно с миделем на гребне волны.

Мы наглядно установили, что волны, которые имеют длину соизмеримую с длиной судна, являются самыми опасными с точки зрения продольной прочности. Самым опасным направлением таких волн является направление с кормовых курсов, когда одна волна дольше проходит вдоль судна (больше период встречи с волной).

Давайте подробно разберемся в важнейших нюансах штормования и посмотрим на метеорологию с абсолютно практической стороны в моей новой электронной книге «Guidance on Heavy Weather and Meteorology».

Здесь вы узнаете о возможных погодных опасностях, как они формируются и как их избежать. Вы поймете, как снизить риск смещения груза и обеспечить безопасность экипажа в самых сложных условиях. В книге все сложные процессы разобраны пошагово, простым языком и на понятных примерах. А главное – вас ждут только те знания, которые действительно используют на борту.

Переходите и оставьте заявку: https://educationmarine.com/courses/guidance-on-heavy-weather-and-meteorology

Артур Соколов