3.4. Скорости движения судна по каналу, дополнительная осадка

3.4.1. Морские каналы

Расчетная скорость движения судна по каналу должна находиться в интервале между допустимыми значениями минимальной и максимальной скоростей 3 –12 уз (1,54 – 6,17 м/с), но не более 0,9 критической скорости Нижний предел скорости обусловливается необходимостью сохранения управляемости судна. Верхний предел зависит от критической скорости судна при которой дальнейшее увеличение числа оборотов винтов практически не приводит к увеличению скорости движения судна (см. рис. 3.11). Значение для расчетного судна определяется по формуле

,

(3.3)

где – навигационная глубина прорези канала неполного профиля, м; – навигационная глубина канала, определяемая приближенной зависимостью = (l,15÷1,2) , м; – критическая скорость на мелководье, м/с; – критическая скорость на канале полного профиля, м/с.

Рис. 3.12. Поперечные профили судового хода

Значения и зависят от , навигационной ширины канала , уклона откосов прорези . Приближенно навигационная ширина канала в зависимости от ширины судна определяется по формулам: =

= (3,6 – 6,0) – канал неполного профиля; = (3,2– 5,6) – канал полного профиля.

3.4.2. Речные каналы

Расчетная скорость движения судна по каналу так же, как и в п. 3.4.1, определяется зависимостью вида

< , м/с

(3.4)

Критическая скорость движения судов в канале полного профиля определяется по формуле

, м/с

(3.5)

где А – площадь живого сечения канала, – ширина канала по зеркалу воды, м; – коэффициент стеснения живого сечения канала; – площадь погруженной части мидель-шпангоута расчетного судна в полном грузу, м².

Данной зависимостью можно пользоваться и при определении в п. 3.4.1.

При двухстороннем движении критическая скорость расходящихся однотипных судов определяется по формуле (3.5) с учетом замены на и на 2 ; аналогично определяется и при обгоне одного судна другим.

Для упрощения расчетов критическую скорость можно определить с помощью графика рис. 3.13.

Рис. 3.13. График для определения критической скорости движения судна и скорости потока обтекания относительно судна

При известном значении по пунктирной кривой рис. 3.13 находится число Фруда Fr и далее по формуле (3.6) определяется критическая скорость и сравнивается с заданной V_c.

, м/с

(3.6)

3.4.3. Дополнительная осадка судов при движении в канале

Движение судов в канале полного поперечного сечения происходит в более стесненных условиях, чем в море, озере, водохранилище или реке, так как сказывается влияние ограниченной глубины и ширины. Движение судов в канале сопровождается следующими гидравлическими явлениями:

– вытеснением судном объема воды, равного объему подводной части судна; этот объем движется навстречу судну, проходя через стесненное сечение (встречный поток обтекания судна) со скоростью V₁ (рис. 3.14);

– неустановившимся характером движения потока обтекания;

– судовыми волнами в канале, воздействующими на откосы;

– увеличением силы сопротивления воды движению судна в канале, по сравнению с силой сопротивления при движении судна в море, озере или реке;

– понижением уровня воды в канале в районе местоположения судна и, как следствие этого, дополнительной осадкой судна с его общим продольным уклоном от носа к корме (дифферент судна на корму).

Отмеченные гидравлические явления в большой степени зависят от величины стеснения площади живого сечения канала корпусом судна. Она характеризуется коэффициентом стеснения , равным отношению площади поперечного сечения погруженной части судна по миделю судна к площади живого сечения канала. Чем больше этот коэффициент, например, за счет уменьшения площади живого сечения канала, тем меньше объем строительных работ и стоимость канала. Однако при этом возрастают силы сопротивления воды движению судна; увеличиваются затраты топлива и энергии на преодоление этих сил; ухудшается управляемость судна и его устойчивость на курсе; увеличивается дополнительная осадка судов. Все эти факторы заставляют снижать скорость движения судов. На водных путях РФ рекомендуется принимать k ≤ 0,20.

а

б

Рис. 3.14. Схема к дополнительной осадки судна при движении:

а – продольный разрез по диаметральной плоскости; б – поперечный разрез по миделю;

1 – положение судна до начала движения; 2 – положение судна при движении

Значение понижения уровня зависит от скорости движения судна формы площади поперечного сечения канала и площади погруженной части мидель-шпангоута судна. Среднее значение по длине судна при его движении определяется по формуле

, м/с

(3.7)

где – средняя скорость потока обтекания относительно судна, определяемая по графикам рис. 3.13.

Дополнительная осадка движущегося судна с учетом дифферента (см. рис. 3.14) учитывается в виде запаса при определении глубины канала и может быть вычислена по зависимости

, м/с

(3.8)

где – опытный коэффициент, зависящий от соотношения длины и ширины судна ; его можно принимать по данным табл. 3.1.

Таблица 3.1

_{Значения коэффициента α0}

	от 16 до 9,1	от 9 до 7,1	от 7 до 5,1	от 5 до 3,5
	1,025	1,10	1,25	1,40

Глубина воды в канале s_k, проверяется по условию

,

(3.9)

где δ_нав – навигационный запас глубины под днищем судна (зависит от рода подстилаемого материала – грунта), принимаемый по табл. 3.2; – дополнительная осадка судна при движении, м; z_н – запас на заносимость канала насосами, принимаемый равным 0,1 – 0,2 м; z_в – запас на высоту волны, возникающей в канале при работе шлюзов, насосных станций, ГЭС, принимаемый равным 0,2 м; z_вв – запас на ветровую волну, определяемый в случае захода волны из водохранилища в канал, по формуле z_вв , где h_в – высота ветровой волны. При получении отрицательного значения z_вв этот запас не учитывается.

Таблица 3.2

Навигационный запас глубины под днищем судна

Осадка расчетного судна, м	Навигационный запас δНАВ, м
	Для судов и составов		Для плотов при любом грунте
	при глинистом и песчаном грунтах	при скальных и крупнообломочных грунтах
Менее 1,5 ……. 1,5-3,0 ….. Более 3,0 ……….	0,10 0,15 0,20	0,15 0,20 0,25	0,20 0,25 0,30