„Бедите учат човека на мъдрост.“

Публикацията разглежда метод, базиран на симулационно моделиране за определяне на размера на спирачните пътища на плавателен съд за осигуряване на безопасно управление, контрол на движението и избор на конструктивни решения при проектиране на нови плавателни съдове.

Актуалност и цел на изследването.
За да се осигури безопасно управление на процеса на маневриране, изборът на конструктивни решения при проектирането на нови кораби, в процеса на управление на движението на кораби в крайбрежните средства за навигация, става необходимо да се оцени величината на спирачния път. Въпреки това, с конвенционалните методи за определяне на спирачния път, това изисква значително количество подробни данни за плавателния съд, което не винаги е възможно да се получи по време на работа или проектиране. В същото време грешките в дизайна са най-скъпи, тъй като е невъзможно да се променят параметрите на корпуса и главния двигател след изграждането.
Целта на изследването е било да се анализира аварийността на световния флот и да се синтезира алгоритъм за безопасно управление на процеса на маневриране на кораба върху симулационен модел.

Резултати от изследванията.
Нека разгледаме статистическите данни за процента на злополуките и да определим тенденциите в промяната му в глобалното корабоплаване. През 1885 г. са загубени 1140 кораба (от които 971 ветроходи) с капацитет 488 770 рег. т. По това време броят на търговските кораби е 52086 единици с капацитет 19586476 рег. т. Относителният процент на смъртност е 2,2%. За повече от един век технически прогрес в корабостроенето и оборудването на корабите с висококачествени и надеждни средства за навигация, според Lloyd`s Register of Shipping, средно 289 кораба са загивали годишно.
От 1975 до 2022 г са загубени 7233 кораба с вместимост 1424552 рег. т. Относителният процент на смъртност е около 0,4%. Към 2005 г. световният търговски флот се състои от 87 546 кораба с капацитет 55 8053 957 БРТ. Статистическата информация за загубите на световния търговски флот според Lloyd`s Register of Shipping от 1975 г. до 2022 г. е дадена в табл. 1 и диаграмата на смъртта на рис. 1.
Таблица 1. Статистическа информация за загубите на Световния търговски флот

За да оцени процента на произшествията, Lloyd`s Register of Shipping използва съотношението на броя на загубените кораби към общия брой. Първото десетилетие от този период се характеризира с много висока относителна злополука, която е над 0,5%. През второто десетилетие той намалява почти наполовина до 0,3%, а през последните пет години намалява до 0,23%.

Рис. 1. Диаграма на корабокрушение

През последните 30 години светът е претърпял загубата на 2664 кораба от различни типове, с водоизместимост над 500 тона, принадлежащи на 15 основни държави на флага.
Относителният процент на аварии на кораби средно за 30 години е 0,38%. Най-опасните райони на Световния океан са Югоизточна Азия и районът на най-интензивната навигация – вътрешното Японско море.
В табл. 2 са показани резултатите от разследването на причините за морски инциденти с 500 кораба от различни националности. Статистика на авариите с пътнически кораби за периода 1980–2021 г свидетелства за смъртта на 20 кораба, броят на загиналите възлиза на 13 612 души.
Разглеждат се следните причини за аварии: засядане на плитчина при хубаво време; засядане на плитчина при сложни климатични условия; сблъсък на кораби; сблъсък с непознат обект; пожар в машинното отделение; пожар на борда; пожар на товара; разместване на товара; нарушение на херметичността на корпуса; щормови условия на плаване; експлозии; неизправност на основните двигатели; действия на терористи (пирати). Засядането на плитчина представлява 29,2% от причините за произшествия, сблъсъците – 11,6%.
Таблица 2. Причини за морски инциденти

В таблицата са приети следните означения: М – засядане на плитчина (скали) при хубаво време; MT – засядане на плиъчина при сложни метеорологични условия; ПМ – пожар в машинното отделение; П – пожар; ЗТ – запалване на товара; РТ – разместване на товара; НХ – нарушение на херметичността на корпуса; Щ – щорм; СК – сблъсък на кораби; Е – експлозии; HM – неизправност в машината; ДT – действия на терористи; CO – сблъсък с неизвестен обект.
В зависимост от характера на инцидента се разграничават навигационни и морски произшествия. Навигационна авария възниква поради неправилно управление на кораба или неправилно определяне на неговата позиция. Морско произшествие възниква поради загуба на устойчивост поради изместване на товари, тяхното спонтанно запалване и експлозия, нарушаване на водонепропускливостта на корпуса и повреда на технически средства (главни двигатели и кормилно устройство). Проучванията са насочени към намаляване на вероятността от навигационен инцидент.
Изчисляването на спирачните характеристики се извършва с помощта на обобщеното съотношение мощност-тегло Кэн:

където Ne е номиналната мощност на главния двигател, к.с.;
D е водоизместимостта на съда, т.
Нека приемем съществуването на функционална връзка между спирачния път S и Кэн. След графично начертаване на зависимостта на спирачния път от мощността на главната силова установка на корабите, които вече са построени и техните характеристики са известни, била извършена структурна идентификация и било установено, че връзката между спирачния път и мощността на основната силова установка съществува във формата:

където S е спирачният път, измерен в дължината на корпуса на кораба;
K₀ и K_S са коефициентите на спирачния път.
За определяне влиянието на Кэн върху спирачния път е извършено математическо моделиране за три проекта на кораби – пр. 15941 „Зоя Космодемянская“, „Кристобал“ и пр. В-80 „Професор Щеголев“ за състоянието в товара и в баласт. При различни режими на работа на заден ход при различни стойности на началните скорости са получени зависимостите S (Кэн). С помощта на статистически анализ са намерени изрази за изчисляване на пътя S в дължините на корпуса на кораба:

За изясняване на зависимостите (3) – (5) бяха продължени тестовете на кинематичен математически модел за 13 кораба с различни конструкции в товар и в баласт. Изходните данни за съдилищата са дадени в табл. 3.
Таблица 3. Първоначални данни на съдовете, участващи в изпитанията

Като се вземат предвид началната скорост и удълбочаването на витлото, изразът (2) приема формата

където b₀, b₁, b₂ са регресионни коефициенти;
Fr е числото на Фруд;
Dв – диаметър на винта;
Tc – газене на кърмата.
След определяне на регресионните коефициенти формула (6) ще приеме вида:

Графично представяне на зависимостта на спирачния път от съотношението мощност/тегло при стойност Fr = 0,05 е показано на рис. 2. Инструментите на MATLAB бяха използвани за извършване на изчисления.

Рис. 2. Графично показване на зависимостта на спирачния път от съотношението мощност/тегло при стойност Fr=0,05

Резултатите от проведените тестове могат да се използват на всеки морски кораб за оценка на спирачния път при различни условия на маневриране, в системите за контрол на движението на крайбрежни кораби (СУДС), в проектните проучвания и в автоматизираните системи за управление на процеса на маневриране. Широкото въвеждане на автоматизирани информационни системи (АИС) позволява да се въведе в списъка с данни, в допълнение към проектирането на носа и задната част, също и мощността на основната силова установка в конски сили и диаметъра на витлото. Това ще позволи на бреговата СУДС да регулира режима на движение, включително издава обосновани препоръки за необходимата скорост и интервала на движение между плавателните съдове.