UNIKANIE NIEBEZPIECZNYCH SYTUACJI W ZŁYCH WARUNKACH POGODOWYCH W RUCHU STATKU NA FALI NADĄŻAJĄCEJ

Transkrypt

1 MIROSŁAW JURDZIŃSKI Akademia Morska w Gdyni Katedra Nawigacji UNIKANIE NIEBEZPIECZNYCH SYTUACJI W ZŁYCH WARUNKACH POGODOWYCH W RUCHU STATKU NA FALI NADĄŻAJĄCEJ Podstawową zasadą planowania nawigacji jest unikanie niebezpiecznych sytuacji nawigacyjnych związanych z oddziaływaniem na statek w rejonie pływania granicznych zakłóceń zewnętrznych. Jednym z ważnych elementów bezpieczeństwa nawigacji jest wybór odpowiedniego kursu, tak aby uniknąć zakłóceń zewnętrznych oraz obszarów niebezpiecznych dla żeglugi. W niniejszym opracowaniu omówiono metodę pozwalającą na zmniejszenie niebezpieczeństwa pływania na fali z kierunków rufowych. 1. WPROWADZENIE Za niebezpieczne lub szkodliwe dla statku warunki pogodowe przyjmuje się falowanie wiatrowe lub falowanie martwe o parametrach niekorzystnych dla ruchu statku. W takich sytuacjach mogą powstać zjawiska niebezpieczne, prowadzące do wywrócenia statku lub bardzo głębokich kołysań, co z kolei może prowadzić do uszkodzenia ładunku, urządzeń i systemów okrętowych, a także wypadków uszkodzeń ciała członków załogi. Prawdopodobieństwo wystąpienia niekorzystnych i niebezpiecznych kołysań statku zależy od geometrii kadłuba, jego długości, stanu stateczności oraz prędkości statku w stosunku do kierunku natarcia fali na kadłub.. PARAMETRY ZWIĄZANE Z RUCHEM KADŁUBA NA FALI W czasie nawigacji na wzburzonym morzu obowiązkiem nawigatorów jest dokonywanie pomiarów parametrów falowania. Szczególnie należy określić okres fali T w oraz zmierzyć jej długość (λ) i wysokość (h). Okres fali T w w stosunku do długości wynosi: T w = 0,8 (λ) 0,5 [s] (1) zaś długość fali λ, wyrażona w metrach, liczona jest wg wzoru: λ = 1,56. T w [m] ()

2 M. Jurdziński, Unikanie niebezpiecznych sytuacji w ruchu statku na fali nadążającej 5 Na statku w ruchu w stosunku do kierunku fali okres spotkania fali T E oblicza się za pomocą wzorów [1, 3]: T E ( V V cosq) s [s] (3) T E = 3 T w Tw V cos q 3 gdzie: V prędkość fali w węzłach V s prędkość statku w węzłach q kąt kursowy do fali w stopniach (q = 00 fala z dziobu). s [s] (3a) Okres spotkania statku z falą T E (wave period encountared) jest określony przez prędkość, okres oraz długość fali w stosunku do prędkości i kursu statku do czoła fali (rys. 1). V W = V/cosq q V L grzbiet czoła fali V S grzbiet fali Rys. 1. Parametry związane z ruchem kadłuba na fali Określanie takich parametrów, jak okres spotkania z falą, ułatwiają diagramy. Wykres taki pokazany jest na rysunku. Poniżej przedstawiony jest przykład oceny numerycznej wartości T E oraz porównanie wyniku z danymi na wykresie (rys. ).

3 6 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 3, 009 Przykład: Dane: Obserwowany okres fali T W = 10 s. Statek płynie kątem kursowym do fali q 1 = 180 oraz q = 360 z prędkością V s = 10 węzłów. Obliczyć T E1 i T E. ozwiązanie: T s E T E 7, 5 s Obliczone wartości można sprawdzić, wykorzystując diagram (rys. ). Wyniki są identyczne. T w [s] 15s Rys.. Diagram określania wartości okresu spotkania fali T E w czasie ruchu statku 3. ZJAWISKA ZWIĄZANE Z PŁYWANIEM NA STATKU NA FALI RUFOWEJ (NADĄŻAJĄCEJ) Poniżej omówione są zjawiska towarzyszące poruszaniu się statku na fali nadążającej. W tych warunkach okres spotkania z falą jest najdłuższy, co powoduje powstawanie takich niekorzystnych zjawisk, jak: wynurzanie rufy na fali (broaching), utrudnienia w utrzymaniu kursu (ustawienie bokiem do fali),

4 M. Jurdziński, Unikanie niebezpiecznych sytuacji w ruchu statku na fali nadążającej 7 zmniejszenie stateczności, rezonans kołysań bocznych. Wynurzanie rufy ma miejsce w czasie ruchu statku przy fali z kierunków rufowych. Wysoka fala wynosi rufę statku na grzbiecie, co może prowadzić do wywrócenia kadłuba z powodu nagłej zmiany kursu o 90 lub nieprzewidywanego przechyłu przy ustawieniu statku bokiem do czoła fali. W czasie unoszenia rufy na grzbiecie fali pogarsza się również stateczność statku z powodu zmniejszonej objętości oraz zmian kształtu zanurzonego kadłuba. Takie obniżenia stateczności statek osiąga maksymalnie przy określonym stosunku długości fali do długości statku, wynoszącym od λ/l = 0,6 do λ/l=,3. Wartość obniżenia stateczności statku w tych granicach długości fali w stosunku do długości statku jest proporcjonalna do wysokości fali. Ma to miejsce w warunkach falowania z rufy lub przy fali baksztagowej. Niebezpieczeństwo wywrócenia statku rośnie wraz z przedłużaniem się czasu znajdowania się statku na grzbiecie fali. Znaczne wartości przechyłów bocznych statku występują, gdy naturalny okres kołysań bocznych statku T R jest zbliżony do spotkaniowego okresu kołysań fali T E. Przy ruchu statku na fali rufowej, gdy jego stateczność jest na granicy bezpieczeństwa, okres kołysań bocznych statku jest dłuższy, co należy uwzględniać przy wyborze kursu. Dynamika ruchu statku na fali z rufy jest bardzo złożona. Ruch statku w trójwymiarowym układzie, przy wystąpieniu dodatkowych elementów obciążeń kadłuba, jak np. zalewanie pokładu, stanowi kombinację utrudniającą ocenę tych zjawisk. Tak niekorzystny układ opisanych wyżej zjawisk może doprowadzić do wywrócenia kadłuba. kierunek fali L V s knots m L=00m L=100m q=180 Rys. 3. Diagram określania niebezpiecznych obszarów wynurzania rufy na fali nadążającej

5 8 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 3, METODA UNIKANIA NIEBEZPIECZNYCH SYTUACJI PRZY MANEWRACH NA WYSOKIEJ FALI RUFOWEJ Zakres kierunków wiatru i fali z rufy obejmuje kąty kursowe od 135 do 5. Zjawisko wynurzania rufy na grzbiecie fali oraz wynikające z tego skutki zależą od prędkości statku oraz jego długości w zakresie wymienionych wyżej kątów kursowych natarcia fali q. Zależność taką można wyrazić wzorem []: 18, L V s [węzły] (4) cos (180 q ) Interpretacja graficzna wzoru (4) przedstawiona jest na rysunku 3. Argumentem wejściowym do wykresu jest stosunek. Drugim L argumentem wejściowym jest kąt kursowy q wyrażony w systemie pełnym. V s Stosunek V s na rysunku 3 mieści się w przedziale od 1,0 do 3,0. L Przykład: Statek o długości L = 00 m płynie z prędkością 0 węzłów przy kącie kursowym fali q = 160. Określić strefę bezpieczeństwa pływania. 0 Argument = 1,41 (rys. 3) 00 Statek ten może nawigować bezpiecznie tym kursem z daną prędkością. Statek o długości 100 m wejdzie w strefę niebezpieczną, więc musi zmienić kurs lub prędkość (patrz rys.3). Następnym niebezpieczeństwem zagrażającym statkowi przy ruchu na fali rufowej jest możliwość wejścia w rezonans kołysań. Zjawisko rezonansu kołysań zachodzi, gdy okres kołysań spotkania z falą T E jest zbliżony do naturalnego okresu kołysań statku na fali T R, czyli gdy T E T R lub T E 0,5 T R. Okres kołysań spotkania statku z falą można określić za pomocą wzoru (3) lub korzystajac z wykresu na rysunku. W celu ułatwienia oceny sytuacji rezonansu kołysań bocznych statku w ruchu na fali rufowej zbudowany został diagram przedstawiony na rysunku 4. Argumentami wejściowymi do wykresu są: stosunek prędkości statku V s do okresu kołysań fali T w oraz kąt kursowy do fali q (patrz tabela 1).

6 M. Jurdziński, Unikanie niebezpiecznych sytuacji w ruchu statku na fali nadążającej 9 kierunek fali s Vs knots T w q=180 Rys. 4. Diagram określania obszarów wejścia statku w rezonans kołysań w czasie pływania na fali nadążającej Przykład: Podane są parametry oraz prędkość statku: Długość fali λ = 10 m, V s = 16 w przy q = 170. Określić stan kołysań statku. Rozwiązanie: Wartość T w = 0,8 (λ) 0,5 = 0,8 (10) 0,5 = 0,8. 10,95 = 8,76 s V 16 Wartość stosunku 1, 83 Tw 8, 76 Z wykresu na rysunku 4 wynika, że statek znajduje się w strefie niebezpiecznej, a zatem nie może poruszać się nadal tym kursem z daną prędkością. Po redukcji prędkości do 10 węzłów statek może bezpiecznie nawigować. 5. ZAKOŃCZENIE Zjawiska towarzyszące statkom pływającym na falach nadążających są bardzo niebezpieczne. Znajomość zasad określania bezpiecznych parametrów ruchu statku w warunkach zaistniałych, a także w procesie planowania nawigacji należy do obowiązków kapitana statku. Celem niniejszego artykułu było pokazanie prostej metodyki określania bezpiecznych wektorów ruchu w trudnych warunkach pływania w rejonach

7 30 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 3, 009 wysokiego falowania. Umiejętność ta jest bardzo ważnym elementem oceny ryzyka nawigacyjnego przez kapitana statku pełnomorskiego. LITERATURA 1. Clark I.C., Stability, Trim and Strength for Merchant Ships and Fishing Vessels, London, The Nautical Institute 00, s IMO MSC/Circ.18 z , Revised Guidance to the master for avoiding dangerous situations in adverse weather and sea conditions, International Maritime Organization. 3. Jurdziński M., Nawigacyjne planowanie podróży, Gdańsk, Wydawnictwo Morskie 1989, Biblioteka Nautyki. WYKAZ UŻYTYCH TERMINÓW Poniżej przedstawione są terminy użyte w opracowaniu, ich symbole oraz jednostki służące do ich pomiaru. Tabela 1 Wykaz użytych terminów Termin Symbol Jednostka okres fali T W [s] długość fali λ [m] okres spotkania z falą T E [s] kąt kursowy do fali q [ ] prędkość statku V S (węzły) naturalny okres kołysań bocznych statku długość statku L [m] prędkość fali V (węzły) prędkość spotkania z falą V W (węzły) T R [s] AVOIDING DANGEROUS SITUATIONS IN ADVERSE WEATHER AND SEA CONDITIONS DURING NAVIGATION IN FOLLOWING OR STERN QUARTERING SEAS Summary The paper deals with information on planning safe navigation when the ship is sailing in following or quartering seas.