BALLASTING OF A DISTRESSED VESSEL UPON STRANDING

Балластировка аварийного судна после непредвиденной посадки на грунт известна как наиболее эффективный способ предотвращения дальнейшего выброса судна на мель. Опыт морской практики

Вполне логично, что указанный подход не способствует стабилизации аварийной ситуации и, более того, вносит неуверенность и неоднозначность действий экипажей аварийных судов.

Цели и постановка задач исследования:

– разработать математическую модель качки судна на мелководье для расчёта присоединённых масс забортной воды и их геометрических характеристик в зависимости от глубины, степени волнения и главных размерений судна;

– выяснить принцип взаимодействия волнового сопротивления на мелководье для подводной части корпуса судна с характеристиками присоединённых масс забортной воды при больших амплитудах бортовой и килевой качки;

– разработать расчетные зависимости и номограммы для определения рационального количества балласта, его позиционирования и перемещения для снятия судна с мели.

При этом общепринятая гидродинамическая модель процесса выброса судна на мель предусматривает соответствующую схематизацию физических явлений. В качестве научного метода приняты положения линейной гидродинамической теории качки в условиях мелководья согласно методике, предложенной в работе

Влияние мелководья на присоединенные массы плоскостного контура λ22, λ23 получено путем усреднения зависимостей Т.Н. Хавелока, Ю.М. Гулиева, Д. Прохаски

Интерполяционная зависимость этого осреднения выражается коэффициентом

где d — осадка судна, м; Н — глубина акватории, м.

В то же время рассматриваемые зависимости получены из опытов вертикальной вибрации контуров на невозмущенной свободной поверхности, поэтому не учитывают параметров волнения. Для приближенного оценивания присоединенных масс судна при вертикальных колебаниях использовались теоретические зависимости Д. Воссерса

где σ0 — частота волнения, с-1; В — расчетная ширина судна, м; g = 10 м/с2 — ускорение силы тяжести.

Следует учесть, что на мелководье по мере уменьшения относительной глубины 

в связи с этим для сохранения физического смысла коэффициентов необходимо задать их числовые значения. Учитывая, что теоретические зависимости присоединенных масс λ22, λ23 от относительной глубины

При этом зависимость присоединенных масс от частоты качки принимаются аналогично с зависимостью (2)

Для мелководья отношение 

С выходом на мелководье морские волны видоизменяются. Длины и высоты волн изменяются таким образом, что крупные волны уменьшаются по длине, а малые–растут с высотой. Рост высоты гребня и одновременное уменьшение глубины западения учитывается поправкой

где λ — длина волны, м; h — высота волны, м; ξA​ — абсцисса волны, м.

Учитывая вышеприведенное, а также уравнения для гидродинамических сил

Рисунок 1 - Общекорабельная система координат при качке судна

DOI:10.60797/IRJ.2026.163.84.1

где первое выражение системы — уравнение вертикальной качки; второе — уравнение поперечно-горизонтальной качки; третье —  изменение присоединенных масс и коэффициентов демпфирования; четвертое — поправка амплитуды волны при ходе на мелководье; пятое —  частота развитого волнения; шестое — изменения глубины при дрейфовании на мели; D — водоизмещение без балласта, кН; РБ — вес балласта, кН; γ — удельный вес забортной воды, кН/м3; S0 — площадь ватерлинии, м2; f1 и f2 — соответственно площадь носовой и кормовой части ватерлинии, м2; +x1 и -x2 — соответственно центры тяжести носовой и кормовой частей ватерлинии, м2; cW  — коэффициент полноты ватерлинии; ξ, η, ζ — соответственно абсцисса, ордината и аппликата неподвижной системы координат, м; α – максимальный угол волнового склона, рад.

Для численного примера рассмотрены два судна: многоцелевое судно типа река-море «Николай Леонов» проекта RSD59 и буксир «Феникс» проекта TG05. Выбор именно этих судов определяется тем, что они охватывают широкий диапазон изменений коэффициентов присоединенных масс и демпфирования. Основные характеристики этих судов приведены в таблице 1. Влияние же балластировки на параметры столкновения корпуса с грунтом при высоте волны 2 м приведено на рисунке 2.

Рисунок 2 - Влияние балластировки на параметры соприкосновения корпуса с грунтом при h = 2 м

Примечание: относительное количество балласта

DOI:10.60797/IRJ.2026.163.84.3

С ростом степени балластировки 

$\frac{P_{Б}}{D}$

от 0 до 0,8 максимум скорости столкновения смещается от 

$\frac{d}{H}$

равного 0,92 до 1,0 и возрастает с 0,58 до 0,67. Таким образом, балластировку в процессе дрейфа целесообразно проводить только после достижения значения 

$\frac{d}{H}$

1,2, тем самым предотвращается рост повреждений корпуса по сравнению с ударами о грунт без балласта. После рассмотрения предельных параметров судна, которое выпрошено на мель при различных высотах волн и количества принятого балласта построена диаграмма (рис. 3). Рабочее поле диаграммы ограничивается прямой

$\frac{d}{H_{KP}}$

, характеризующей зону разрушения волнами.

Рисунок 3 - Диаграмма необходимой балластировки судна для буксирных и рыболовных судов, для транспортных судов

DOI:10.60797/IRJ.2026.163.84.4

При определении нужного количества балласта для предотвращения дрейфа необходимо «войти» в диаграмму с величиной относительной аварийной осадки 

Оригинальность и научная новизна заключается в следующих утверждениях:

– впервые получена модель качки судна на мелководье для расчёта присоединённых масс забортной воды и их геометрических характеристик в зависимости от глубины, степени волнения и главных размерений судна;

– получили дальнейшее развитие принципы взаимодействия волнового сопротивления на мелководье для подводной части корпуса судна с характеристиками присоединённых масс забортной воды при больших амплитудах бортовой и килевой качки;

– усовершенствованы, а также разработаны новые расчетные зависимости и номограммы для определения рационального количества балласта, его позиционирования и перемещения для снятия судна с мели.

Сравнение результатов использования диаграммы с данными фактических балластировок доказывает, что фактически принятое количество балласта на судах, попавших в аварию без груза — избыточное, а на судах в грузе — недостаточное. Учет динамики в указанных задачах снижает величину необходимого балласта примерно в 1,5 раза при использовании в расчетах волн с 3% обеспеченностью.

Таким образом, приведенная диаграмма позволяет определить минимальное количество балласта, необходимое для предотвращения дрейфа судна на мели. Принятие меньшего количества балласта нецелесообразно.

В качестве практического примера приведем следующее: аварийное судно «сидит» на каменистом грунте, днище имеет большие повреждения, забалластированы все свободные танки, в трюмах находится груз, который портится от соленой воды, получено штормовое предупреждение. Подобных ситуаций описано на практике множество, в том числе в интернет-ресурсах