Испытания мореходных качеств судов

Внедрение современных методов технического обслуживания судов и оптимизация их эксплуатационных показателей требуют надежного прогнозирования характеристик прочности и мореходности в реальных условиях морского волнения. В связи с этим в новом издании, вышедшем спустя 10 лет после первого, учтены современные требования, предъявляемые к приемам и техническому обеспечению натурных испытаний мореходных качеств судов. Новый материал раздела сайта относится главным образом к описанию измерительной аппаратуры, методов измерений и обработки результатов испытаний с помощью ЭВМ. Справочник предназначен для работников НИИ, КБ и заводов судостроительной промышленности, занимающихся постройкой, прогнозированием, проектированием и испытанием судов.

Постройка судна, как правило, завершается специальными натурными испытаниями, целью которых является определение мореходных качеств судна и оценка их с точки зрения подтверждения проектных расчетов и спецификационных гарантий, предоставляемых заказчику проектантом и строителем судна. Натурные испытания судов — также основной источник сведений о поведении судов в реальных условиях плавания. Однако они проводятся не всегда рационально и достаточно тщательно, вследствие чего во время испытаний непроизводительно затрачиваются труд, материальные средства и время. Это происходит в значительной степени из-за недооценки значения натурных испытаний и отсутствия современных пособий, в которых описывались бы рекомендации по рациональной обработке полученных результатов.
В предлагаемом посетителю разделе сделана попытка впервые изложить в систематизированном виде методы проведения основных типов натурных испытаний мореходных качеств водоизмещающих судов. Описана применяющаяся для испытаний измерительная аппаратура, даны рекомендации по их рациональной организации и анализу результатов.
В разделе указаны главным образом лишь те мореходные качества судна, которые являются предметом теории корабля. При этом из рассмотрения исключены плавучесть и непотопляемость судна, поскольку эти качества по установившейся практике оцениваются расчетным путем. Исследование экспериментальных методов определения остойчивости ограничено изложением упрощенных приемов кренования. Исчерпывающее описание определения остойчивости судов с помощью опыта кренования содержится в томе 1 Справочника по статике и динамике корабля. (Авт.: С. Н. Благовещенский, А. Н. Холодилин. Л., «Судостроение», 1975.) Методы исследования мореходных качеств судов с динамическими принципами поддержания еще не установились в достаточной степени и в настоящем справочном пособии не рассматриваются. В нем также не затронуты вопросы, связанные с натурными испытаниями прочности корпуса судна, так как они изложены в книге Ю. Л. Беляка «Экспериментальное исследование прочности корпусов судов» (Л., «Судостроение», 1964).
Настоящее второе издание существенно переработано и дополнено. В процессе переработки учтены вышедшие в последние годы в Советском Союзе и за рубежом нормативные документы, регламентирующие порядок проведения мореходных испытаний. С учетом результатов, достигнутых в технике измерений, наибольшие изменения претерпели разделы, касающиеся описания измерительной аппаратуры. В частности, параграфы, в которых приведены сведения об аппаратуре, применяемой при ходовых испытаниях, написаны заново. Значительной переработке подверглись разделы, посвященные анализу результатов испытаний и методам исключения влияния внешних условий.
При написании были использованы отечественные и иностранные материалы.

Когда вновь построенный корабль выходит в море, то его строитель следит за его качествами в море с душевным беспокойством и неуверенностью, как будто это воспитанный и выращенный им зверь, а не им самим обдуманное и исполненное сооружение, качества которого должны быть ему вперед известны в силу самих основ, положенных в составление проекта. В. Фруд. О бортовой качке судов (1861)
Методы исследования, основанные на модельном эксперименте и теоретических расчетах, не позволяют получить исчерпывающие данные, необходимые для оценки мореходных качеств проектируемых судов. Поэтому, сколь бы ни были совершенны эти методы, натурные испытания сохраняют свое значение как источник информации о поведении судов на море.
Под термином «мореходные качества» обычно подразумевают всю совокупность свойств, присущих судну как плавающему на поверхности воды упругому телу, а именно: плавучесть, остойчивость, непотопляемость, прочность, ходкость, управляемость и собственно мореходность. Последний термин объединяет лишь те качества, которые оказываются существенными при плавании на волнении и определяются качкой судна, его поведением на волнении, характеризуемым главным обозом заливанием и забрызгиванием, а также общей приспособленностью судна к плаванию в морских условиях.
Основные натурные испытания мореходных качеств судна можно подразделить на следующие виды: пропульсивные (скоростные, буксировочные и тяговые динамометрические), маневренные и мореходные.
В результате скоростных испытаний получают данные о максимальной скорости самоходного судна в условиях тихой воды при .использовании полной мощности главных механизмов, а также на нескольких промежуточных режимах работы механической установки, характеризуемых прогрессивно увеличивающейся частотой вращения движителя. Поэтому скоростные испытания часто называют прогрессивными испытаниями. Скоростные испытания обычно проводят на глубокой воде, чтобы исключить влияние мелководья на сопротивление воды движению судна. Если необходимо изучить это влияние, то скоростные испытания проводят на различных глубинах.
Буксировочные испытания обычно предпринимаются в исследовательских целях для непосредственного определения сопротивления воды движению судна в натурных условиях.
Тяговые динамометрические испытания имеют целью измерение тяги на  гаке судна, стоящего на месте или буксирующего «воз», при различной частоте вращения движителя. Тягу замеряют с помощью динамометра, соединенного со швартовным или буксирным тросом, Этим испытаниям, как правило, подвергают траулеры, буксиры, ледоколы и некоторые другие суда.
Цель маневренных испытаний — определение характеристик поворотливости судна при различных углах перекладки руля на полной и промежуточных скоростях, оценка устойчивости судна на курсе, определение времени и длины выбега судна при реверсе после остановки машин. Испытаниями характеризуется также ряд других элементов судна, имеющих значение для проверки его маневренных качеств.
Мореходные испытания проводятся для определения и оценки мореходных качеств судна в условиях волнения и ветра. Основное место занимают исследования мореходности, которая существенно влияет на общую оценку эксплуатационных качеств судна на волнении. Эти испытания ведутся при различных условиях, определяемых силой ветра и волнения, скоростью судна и направлением его движения относительно фронта волны.
Не всякое вновь построенное или вышедшее из капитального ремонта судно подвергается всем перечисленным выше испытаниям. Обычно головные суда серий, в особенности суда новых типов, испытывают по расширенным программам, в то время как серийные суда подвергаются сокращенным испытаниям.
Определение и оценка мореходных качеств судна с помощью натурных испытаний производятся на основании результатов измерения большого числа величин. Важнейшие объекты измерения следующие: скорость судна, различные параметры энергетической установки, диаметр циркуляции и угол перекладки руля, угловые и линейные перемещения судна при качке на волнении, периоды качки и т. д.
Эти измерения, как и всякие измерения физических величин, сопровождаются погрешностями, неизбежными из-за несовершенства органов чувств человека и измерительных приборов. Поэтому для объективного суждения о мореходных качествах судна необходимо иметь правильное представление о погрешностях измерений и принимать все возможные меры для их уменьшения.
Как известно из теории ошибок, погрешности измерений делятся на три группы: грубые, систематические и случайные.
К категории грубых ошибок относятся погрешности в отсчетах показаний измерительных приборов и вычислениях. Грубые ошибки — это следствие неправильного использования приборов или применения некалиброванных приборов и инструментов, а также влияния неожиданных внешних обстоятельств. Такие ошибки должны быть исключены из результатов измерений.
Категорию систематических ошибок составляют погрешности, созданные одной или несколькими известными причинами, действующими по определенным законам и, как правило, в определенном направлении. Если законы, управляющие систематическими ошибками, известны, то последние можно вычислить и рассматривать как поправки к измеренным значениям. Для натурных испытаний мореходных качеств судов специфическими являются систематические ошибки, вызванные условиями испытаний и методами обработки их результатов. В качестве примера можно указать на влияние течения и рельефа дна при определении скорости судна, на обрастание подводной части корпуса судна и т. д.
Категорию случайных ошибок образуют погрешности, обнаруживаемые при сравнении результатов повторных измерений одной и той же величины, не изменяющейся в процессе измерений. Случайные ошибки не обнаруживают видимых закономерностей. Их характерной чертой является то, что положительные и отрицательные значения таких ошибок одинаково вероятны. Большинство случайных ошибок зависит от интерполяции, неизбежной при отсчете по шкале прибора, от необходимости регулирования измерительных приборов и других причин, обусловливающих случайный характер результата единичного измерения. В процессе натурных испытаний случайные ошибки встречаются при выполнении всех измерений и расчетов. Методы оценки и исключения случайных ошибок из результатов наблюдений рассматриваются в теории ошибок, которая является специальным разделом теории вероятностей.
В некоторых разделах книги приводятся выводы теории ошибок, используемые при анализе результатов натурных испытаний. Они даются в виде конкретных рекомендаций без подробного изложения обоснований, которые можно найти в многочисленных специальных руководствах по теории вероятностей.
В более широком плане теория вероятностей применяется при анализе результатов мореходных испытаний, так как в силу нерегулярности морского волнения не только случайные погрешности, но и сами исследуемые физические величины, характеризующие плавание судна на волнении, являются случайными и могут быть описаны только статистическими методами.


Испытания судов