Примечания: 1. Судно,аналогичное буксируемому судну из разд. 1 «Буксировка судов морем». 2. Пробоин и крена нет.

Задание к разд. 2 курсовой работы:
Оценить возможности снятия судна с мели.
2.1. Силы, действующие на судно, сидящее на мели
Реакция грунта (сила давления судна на грунт). При посадке на мель уменьшается осадка судна, т.е. происходит как бы потеря его водоизмещения, которая приводит к нарушению равновесия между весом судна и силами поддержания воды.
Величина потерянного водоизмещения D определяется по формуле :
D = q(T_cp – T_cp)= 200(-0,05-(-0,55) = 200*0,6 = 120
где q - число тонн на 1 м осадки (определяется по грузовой шкале с учетом плотности воды), по условию задания = 20т на 1см = 200т на 1метр осадки.
q  =  200т    ???
Средняя осадка до посадки на мель рассчитывается по формуле
Т_ср = (Т_н + Т_к)/2 = (7,75 – 7,85)/2 = -0,05
где  Т_н, Т_к - соответственно осадки носом и кормой до посадки на мель.
Средняя осадка после посадки на мель рассчитывается по формуле.
Т'_ср = (Т'_н + Т'_к)/2 = (7,10 – 8,20)/2 = -0,55
где  Т'_н, Т'_к - осадки носом и кормой, снятые после посадки на мель.  
Реакция грунта R, кН, рассчитывается по формуле
R=g*D          R = ???*120 =
где g - ускорение свободного  падения.
При повреждении корпуса и поступлении воды внутрь судна сила реакции грунта увеличивается на величину веса влившейся воды.
Сила присасывания грунта - прилипание к корпусу частиц грунта, создающих тем больший эффект присасывания, чем большей вязкостью обладает грунт. Наибольшее присасывание наблюдается у вязкой глины.
Сила ударов волн при длительном воздействии приводит к разрушению корпуса. При снятии с мели, как правило, оказывает положительное влияние, раскачивая корпус и тем самым уменьшая силу присасывания и силу трения корпуса о грунт.
Сила давления ветра в зависимости от направления ветра увеличивает или уменьшает тяговое усилие, необходимое для снятия судна с мели.
2.2. Снятие с мели работой машины на задний ход
Прежде всего необходимо определить:
• стягивающее усилие F, необходимое для снятия с мели,
F = fR,       F = 0.5*???
где f - коэффициент трения корпуса о грунт (зависит от характера грунта и выбирается из специальной литературы). Если характер грунта неизвестен, то f принимается равным 0,5;
• силу тяги винта на задний ход Р_зх (из паспортной диаграммы тяги или расчетными методами).
Если стягивающее усилие соизмеримо с силой тяги винта, то снятие с мели возможно при работе машины на задний ход. В противном случае необходимо использовать один из методов уменьшения силы реакции грунта: дифферентование, кренование, частичную разгрузку.
2.3. Снятие с мели дифферентованием
Дифферентование используется при посадке судна на отдельную банку небольших размеров, когда место касания грунта расположено в оконечно­стях судна, а под остальной частью киля имеется достаточный запас глубин. Наиболее простым способом изменения дифферента является перекачка бал­ласта или топлива из района посадки в противоположную оконечность.
Первоначально определяется величина потери осадки АБ в месте соприкосновения с грунтом (рис. 2.1):

Рис. 2.1. Схема посадки судна на мель
АБ = Т_к+(Т_н - Т_к)(1/2 +xa/L)
где Т_н = Т_н -Т_н1;   Т_к = Т_К -T_к1;
ха - абсцисса внешней кромки банки; = ???
L — длина судна между перпендикулярами;
Т_н,Т_н1 — осадка носом до и после посадки на мель;
Т_к,Т _к1 — осадка кормой до и после посадки на мель.
У судна, находящегося на плаву с осадкой  Т_н и  Т_к в результате продольного перемещения груза массой Р, центр тяжести которого расположен в точке с абсциссой  x₁, в точку с абсциссой x₂ изменения осадок носом Т'_н и кормой Т'_к составят:
Т'_н = P(x₂ – x₁)L/2DH;        Т'_к = P(x₂ – x₁)L/2DH
где D - водоизмещение при средней осадке, которую судно имело до посадки на мель;
Н - продольная метацентрическая высота;
L - длина судна между перпендикулярами.
Далее с учетом полученных значений Т'_н и Т'_к определяется величина уменьшения осадки в месте касания грунта аб (рис. 2.2),
аб = Т'_к + (Т'_н - Т'_к)(1/2 + xa/L)

Рис. 2.2, Схема изменения посадки судна при дифферентовке
Если аб > АБ, то судно после дифферентовки оказывается на плаву. В противном случае уменьшается значение силы реакции грунта. Новое значение силы реакции грунта после дифферентовки R_t можно примерно оценить по следующей формуле:
R_д - R (АБ - аб)/АБ
При приемке или снятии груза на судне, находящемся на плаву, для расчета изменения осадок носом и кормой используются следующие формулы:
Т_н =+P(xL/DH+1/q);         Т_к =-P(xL/DH-1/q),
где х - абсцисса центра тяжести груза.
При снятии груза его масса Р вводится со знаком (+), а водоизмещение судна уменьшается на величину снятого груза и, наоборот, при приеме груза его масса вводится со знаком (-), а водоизмещение судна увеличивается на величину принятого груза.
2.4. Снятие с мели кренованнем
Кренование применяется, когда судно село на мель одним бортом, а со стороны другого борта имеются достаточные глубины. Креновать судно можно перекачкой топлива, балласта или перемещением груза с борта, находящегося, на мели, на другой борт до тех пор, пока главная палуба не войдет в воду.
В результате поперечного перемещения груза массой Р, центр тяжести которого располагается в точке с ординатой Y1, в точку с ординатой Y2 изме­нения осадок бортов при креновании Т'_кp  составят:
Т'_кp  = +/- (P(y₂ – y₁)B)/2Dh
где D - водоюмещениа при средней осадке, которую судно имело до посадки на мель;
h - поперечная метацентрическая высота;
В - ширина судна.
ВеличинаТ'_кp  будет отрицательной для борта, находящегося на мели, и положительной - для борта, находящегося на плаву.
Дальнейшие действия аналогичны дифферентовке судна.
2.5. Снятие с мели с использованием частичной разгрузки
Частичная разгрузка судна применяется при посадке на мель всем корпусом, а также в случае, когда дифферентовка и кренование судна не дают положительных результатов. Разгрузка является наиболее эффективной, а иногда и единственной мерой самостоятельного снятия судна с мели и чаще всего связана с потерей части груза. Поэтому, принимая решение о частичной разгрузке, необходимо учитывать, насколько велика опасность гибели судна, если на получение помощи в ближайшее время нельзя рассчитывать.
При частичной разгрузке определяется масса груза Р, подлежащего выгрузке, с тем чтобы судно могло самостоятельно сняться с мели работой машины на задний ход:
P = (F – P_зх)/fg;       Р_зх = 0,5Р_пх
Порядок расчета Р_пх = Р_ео  дан в разд. 1 "Буксировка судов морем".

Рис. 2.3. Каргоплан судна
Абсцисса и ордината центра тяжести снимаемого груза должны совпадать или находиться близко к абсциссе Х_R и ординате Y_R   равнодействующей силы реакции грунта:
X_R = DH/DL(T_н – T_k); y_R = Dh/D * sin_кр.
При снятии грузов, расположенных в различных местах (рис. 2.3), координаты их общего центра тяжести определяются из выражений:
X = (p₁x₁+ p₂х₂+... + p_пх_п)/(р₁+ p₂+... + р_п);
Y = (p₁y₁+ p₂y₂+... + p_пy_п)/(р₁+ p₂+... + р_п)
где  р₁,р₂,…р_n —массы отдельных грузов;
x_n,y_n —их координаты.
Примечание. При проведении перечисленных операций необходимо осуществлять контроль за изменением метацентрической высоты.
При снятии с судна водоизмещением D и осадкой Т_ср груза массой Р_сн с точки (Х_сн, Z_сн) величина поперечной метацентрической высоты h₁ определится следующим образом:
h₁ = h – Р_сн/(D – Р_сн)(Т_ср – T_ср/2 – h – Z_сн)
где h - начальная метацентрическая высота, м.
Изменение средней осадки вычисляется по формуле
Т_ср = Р_сн/q

2.6. Использование якорного устройства при снятии с мели
Для создания дополнительного стягивающего усилия и уменьшения давления корпуса на грунт при посадке на мель носовой оконечностью судна можно использовать якорное устройство. Становые якоря при помощи грузовых стрел или кранов заводятся как можно дальше в корму. Во время снятия с мели сила тяги брашпиля дополняет силу тяги винта на задний ход. Завозка на шлюпках стоп-анкеров и верпов, особенно на современных крупнотоннажных судах, обычно не дает положительных результатов.
2.7. Снятие с мели с помощью других судов
Буксировка наиболее часто используется для снятия судна с мели с посторонней помощью. Рассчитывается необходимое стягивающее усилие и если оно соизмеримо с суммарной силой тяги винтов судов-спасателей, то снятие с мели возможно буксировкой. По возможности машина аварийного судна должна работать на задний ход: при этом кроме создания дополнительного стягивающего усилия, из-за вибрации уменьшается присасывание корпуса к грунту и уменьшается коэффициент трения корпуса о грунт.
Типичная схема буксировки при стягивании судна с мели приведена на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Схема расположения спасателей при снятии судна с мели
При такой расстановке (см. рис. 2.4) стягивающее усилие F определяется по формуле:
F = (P₁ + P_я1) + (Р₂ + Р_я2)cos₂ + (Р₃ + Р_я3)cos₃ + Р_зх
где Р₁, Р₂, Р₃, Р_зх - силы тяги винтов судов;
Р_я1, Р_я2, Р_я3 - силы тяги, создаваемые якорными устройствами судов-спасателей.
2.8. Якорное снабжение морских судов
Масса каждого станового якоря Q, кг, должна быть не менее
Q = kN_c,
где к - коэффициент, равный 3,0; 2,75; 2,50 и 2,00,соответственно для судов неограниченного района плавания и ограниченных районов плавания I, II и  ІІІ.
Суммарная длина обеих цепей l₂, м, для становых якорей определяется
в виде
l₂ =√ 87r ⁴   Nc
где r - коэффициент, равный 1,00; 0,88; 0,76 и 0,64,соответственно для судов неограниченного района плавания и ограниченных районов плавания I, II и III.
Полученное по формуле значение длины цепи должно быть округлено до ближайшего целого числа смычек и равно не менее 200 м для судов неограниченного района плавания.
Калибр цепей, мм,
d =√ st  Nc
где s - коэффициент, равный 1,00; 0,94; 0,88 и 0,82, соответственно для судов неограниченного района плавания и ограниченных районов плавания I, II и III;
t - коэффициент, равный 1,75; 1,55; 1,35,соответственно для цепей обыкновенной, повышенной и особой прочности.
2.9. Снятие с мели буксировкой рывками
Буксировка рывками используется в случае, когда стягивающее усилие недостаточно для снятия аварийного судна с мели. При рывке возникают силы инерции, которые могут многократно превысить разрывную прочность буксирного троса. Чтобы этого не произошло, необходимо рассчитать допустимую скорость буксировщика к моменту начала рывка.
Во время разгона до скорости V буксировщик водоизмещением D накапливает кинетическую энергию:
E_k = DV²/2
которая переходит в потенциальную энергию упругой деформации буксирного троса Е_п:
Е_п = l_тР²_раз/8d²
где l_т - длина буксирного троса,
Р_pаз - разрывное усилие троса;
d- диаметр троса;
 - упругость троса ( - 37 кН/мм² ).
Приравнивая Е_к и Е_п находим допустимую скорость буксировщика, при которой усилия в буксирном тросе не превышают половины его разрывного усилия:
V = √Р_раз/2   l_т/Dd²
2.10. Снятие с мели устройством каналов и размывом грунта
Устройство каналов с размывом  грунта используется на мягких грунтах, когда другие способы снятия судна с мели не дали положительных результатов.
Обычно для размыва грунта используются специалюированные /суда-спасатели, буксиры, ледоколы. Поскольку эффективность размыва находится в прямой зависимости от уклона гребного вала, на судне-спасателе создается максимально возможный дифферент на корму. Далее спасатель становится на якоря на безопасной глубине и заводит на аварийное судно стальные; швартовы. После обтягивания якорных цепей и швартовых он/дает ход, постепенно увеличивая обороты. Направление размыва грунта и ширина канала определяются перекладками руля и разворотами судна-спасателя с помощью якорей и швартовых. Во время работы промерами периодически контролируются глубины и ведется наблюдение за струей от винтов. Отсутствие в струе частиц грунта свидетельствует о том, что размыв на данном участке закончен.
Примечание. Необходимо отметить, что все перечисленные способы снятия судна с мели в сложных случаях посадки используются комплексно. Например, производят дифферентовку и частичную разгрузку судна, затем для увеличения  стягивающего усилия заводят якоря. Буксировке судна для снятия с мели другими судами или спасателями обычно предшествуют все перечисленные ранее способы уменьшения силы реакции грунта, и в самых неблагоприятных случаях производится образование канала размывом грунта, если в направлении стягивания имеются недостаточные глубины. При наличии водотечности корпуса до начала работ по снятию с мели производится заделка пробоин и откачка воды из затопленных отсеков.

3. РАСЧЕТ КРЕПЛЕНИЯ ПАЛУБНЫХ ГРУЗОВ
Таблица 3.1

Исходные данные для расчетов крепления палубных грузов
Исходные данные	Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3
Перевозится тяжеловес (ящик прямоугольной формы) весом 30 тонн, размером 5 * 2 * 3 м (длина,высота, ширина), установленный на палубе вдоль судна между комингсом люка и фальшбортом
Максимальный угол крена, °	30	35	35
Максимальный угол дифферента, °	8	9	10
Период бортовой качки, с	20	18	. 15
Период килевой качки, с	25	30	20
Высота волны, м	5	6	4
Координаты центра тяжести груза, м: X Y Z	15 7 12	25 7 10	30 8 11
Допустимая нагруз-ка на палубу, кН/м2	45	45	45

Примечание. Номер варианта аналогичен номеру буксирующего судна.
Задания к разд. 3 курсовой работы:
1. Подобрать найтовы для крепления груза.
2. Проверить, является ли достаточной прочность палубы при перевозке груза во время качки.
Расчет крепления палубного груза выполняется в соответствии с рекомен-дациями ИМО
В приложении ИМО Кодекса безопасной практики размещения и крепления груза - «Методы оценки эффективности устройств крепления нестандартных грузов» - определен следующий порядок расчета сил, действующих на груз.
1. Расчет внешних сил, действующих на груз в продольном, поперечном и вертикальном направлениях, выполняется по формуле
F(x,y,z) = ma(x,y,z) + Fw(x,y) + Fs(x,y),
где F(x,y,z) - продольные, поперечные и вертикальные силы;
m - масса груза;
a(x,y,z) - продольное, поперечное и вертикальное ускорение (табл. 3.2);
Fw(x,y) - продольная и поперечная сила ветрового давления Р_вет, кН,
Р_вет = 1,5S_п
где S_n - площадь парусности груза (соответственно поперечная и продольная).
Fs(x,y) - продольная и поперечная сила удара волн.
2. Расчет силы ударов волн при заливании грузов,
F_(x,y)  = pS(x,y)
где S(x, у) - площадь заливания поверхности, перпендикулярная соответственно осям X, Y;
p = 7,4 кН - при высоте заливания 0,6м;
p = 19,6 кН - при высоте заливания 1,2м.
Если высота заливания находится в пределах от 0,6 до 1,2м, то величина p определяется методом линейной интерполяции.
Таблица3.2

Приведенные величины поперечных ускорений включают составляющие сил тяжести, килевой качки и подъёма судна на волне параллельно палубе. Приведенные величины вертикальных ускорений не включают составляю­щую статического веса.
Основные данные ускорений рассматриваются применительно к следующим условиям эксплуатации:
- неограниченный район плавания;
- любое время года;
- длина судна L = 100м;
- эксплуатационная скорость 15 уз;
- отношение B/GM > 13 (В - ширина судна, GM- метацентричес-кая высота).

Для судов, длина которых отличается от 100 м, а скорость - от 15 уз, величины ускорений корректируются коэффициентом, приведенным в табл. 3.3
Таблица 3.3 Коэффициент корректуры ускорений в зависимости от длины и скорости судна

Скорость, УЗ									Длина, м
	50	60		70		80		90		100	120	140			160		180		200
9	1,20	1,09		1,00		0,92		0,85		0,79	0,70	0,63			0,57		0,53		0,49
15	1,49	1,36		1,24		1,15		1,07		1,00	0,89	0,80			0,73		0,68		0,63
18	1,64	1,49		1,37		1,27		1,18		1,10	0,98	0,89			0,82		0,76		0,71
21	1,78	1,62		1,49		1,38		1,29		1,21	1,08	0,98			0,90		0,83		0,78
24	1,93	1,76		1,62		1,50		1,40		1,31	1,17	1,07			0,98		0,91		0,85

Дополнительно для судов, у которых соотношение B/GM < 13, величины поперечных ускорений исправляются коэффициентом, приведенным в табл. 3.4.

Таблица 3.4 Коэффиииент короеютюы при B/GM<13

B/GM	7	8	9	10	11	12	13 и более
Верх палубы	1,56	1,40	1,27	1,19	1,11	1,05	1,00
Низ палубы	1,42	1,30	1,21	1,14	1,09	1,04	1,00
Твиндек	1,26	1,19	.1,14	1,09	1,06	1,03	1,00
Трюм	1,15	1,12	1,09	1,06	1,04	1,02	1,00

3.1. Усилия, возникающие в найтовы при бортовой качке(F_н)
Под действием опрокидывающих моментов, приведенных на рис. 3.1, составим уравнение моментов относительно точки N
F_н cos*h_к + F_н sin * b + P_zb/ 2 = P_yh_g +P'yha + P"_y h_з,
откуда находим
F_н = (P_yh_g + P'_yh_n + P"_y h_з – 0,5 P_zb)/(bsin + h_kcos)

Рис. 3.1. Схема действия сил на палубный груз:
hk - расстояние по вертикали от палубы до верхней точки крепления найтова;
b - ширина ящика;
h_g - расстояние по вертикали от, палубы до середины ящика;
h_n - половина высоты площади парусности;
h₃ - половина высоты заливания.
Условно можно принять, что h_n = h₃ = h_g   равно половине высоты ящика.
Р_у- силы инерции и тяжести по оси Y (P_у=m*а(у));
Р_х - силы инерции и тяжести по оси Z (P_z=m*a(z));
Р'_у - поперечная сила ветрового давления (Fw(y));
P"_у - поперечная сила удара волн (Fs(y)).
Под действием сил, смещающих груз, составляем уравнения сил:
Fy = Р_у + Р'_у + P"_у     (1)    Р_z + F_н sin = N;  (3)
F_y= F_н cos + F_mp      (2)  F_mp = fN,    (4)
где N - реакция опоры (палубы);
f - коэффициент трения-скольжения. Подставляя значения в уравнения (2) - (4), получим:
F_y = F_н cos  + fP_z + fF_н sin .
Принимая коэффициент f  равным 0,15 (сталь - сталь); 0,5 (сталь -дерево), находим:
F_н = (F_y – fP_z)/(cos + fsin)
Из полученных значений F_н выбирается большее, которое и принимается за усилие, возникающее в найтовых при бортовой качке.
3.2. Усилия, возникающие в найтовых при килевой качке
Учитывая небольшую по сравнению с бортовой амплитуду килевой качки, уравнения опрокидывающих  моментовй можно не составлять. Необходимо составить только уравнения сил, смещающих груз аналогично бортовой качке, откуда определяется усилие, возникающее в найтовых:
F_н1 = (F_x – fP_z)/cos + fsin)
где  - угол между продольным найтовым и палубой.

3.3. Расчет крепления груза
Поперечные и продольные найтовы для крепления груза выбираются в соответствии с ГОСТ 7679-69 по разрывному усилию  F_pаз   которое
определяется по формуле:
F_pаз = F_нk
где k - коэффициент запаса прочности (для крепления палубного груза k = 3; для крепления груза в трюмах k = 2,5).
Если для крепления используется несколько найтовых n, то они выбираются по формуле:
F_pаз = F_нk/n
Дополнительная нагрузка на палубу при обтяжке найтовых принимается равной 10 -12% от суммарного разрывного усилия всех найтовых.