Расчет моментов гидродинамических сил, действующих на корпуса судов при расхождении в канале. Методические рекомендации

щенного движения, когда оба судна неподвижны, а на них набегает однородный

поток жидкости, имеющий на бесконечном удалении от судов скорость u(0).

Рисунок 2. Возниконовение сил присасывания при обтекании двух судовых корпусов

однородным потоком жидкости: Ub>Uc>Uo

Применим уравнение Бернулли к линиям потока жидкости, обтекающим корпус рассматриваемого судна 1. Для линии тока АВ:

(3)

Поскольку корпус судна обладает определенными размерами, а жидкость неразрывна, то скорости частиц жидкости в точке С вблизи борта судна будут больше, чем в точке А на удалении от судна.

Таким образом, в точке С давление будет понежено по сравнению с давлени-

ем на удалении от судна, т.е. возникает разрежение.

Так же, в случае если корпус судна обладает несимметрией относительно миделя, то поперечная сила присасывания Y(г) может быть приложена на неко-

тором расстоянии от центра тяжести, тогда на корпус судна будет действовать момент зарыскивания М(г) определенного знака.

Б) Обгон судна

11

На рисунке 3 показана картина гидродинамического взаимодействия двух одинаковых по размерам судов - одно из них обгоняющее. Из гидродинамики известно, что при движении судна давление в его носовой части повышено

(пометим двумя знаками «+») по сравнение с давлением в корме (один знак

«+»). В средней части давление понижено (два знака «-»)

Рисунок 3. Возникновение поперечных сил и моментов при обгоне

При подходе носовой части обгоняющего судна 1 к корме обгоняемого судна 2 за счет разности давлений в оконечностях судов на обгоняющее судно 1

действует поперечная сила присасывания, которая будет создавать гидродина-

мический момент, стремящийся развернуть нос обгоняющего судна в сторону обгоняемого судна. На обгоняемое судно в этот момент действует также сила присасывания, приложенная к корме и стремящаяся развернуть корму обгоняе-

мого судна 2 в сторону борта обгоняющего судна 1.

Когда мидель обгоняющего судна проходит траверз миделя обгоняемого судна (рис. 3, б), направление действия моментов на суда изменяется, а направ-

ление поперечных сил сохраняется.

12

Таким образом, в процессе обгона характер действия гидродинамических усилий непрерывно изменяется, что влечет за собой соответствующие трудно-

сти в управлении судами.

Необходимо подчеркнуть, что рассмотренная качественная картина гид-

родинамического взаимодействия судов является сугубо схематичной. В ре-

альных условиям (особенно при движении в канале)взаимодействие судов мо-

жет иметь еще более сложный характер, что объясняется взаимодействием вол-

новых систем расходящихся судов, наличием углов дрейфа, влиянием ограни-

чений фарватера по глубине, ширине и т.д.

Вывод: при маневрах обгона и расхождения необходимо снизить ско-

рость судна до безопасной.

2.3 Расчет влияния скорости судна на безопасное отклонение его от оси фарватера к откосу канала

Исходные данные:

а) живое сечение судоходного канала, полученное в п.1.2. без учета дрейфа;

б) площадь живого сечения Ω, рассчитанная при глубине Тк=5,5м и ши-

рине канала по дну — В0;

в) четыре режима скорости движения судна: М.Х., С.М.Х., С.Х. и П.Х.

Скорость при режиме П.Х. дана в исходных данных для выполнения кур-

сового проекта — Vс

г) расстояние смещения диаметральной плоскости от оси канала принять дискретным 2м. Смещать диаметральную плоскость судна к откосу до тех пор,

пока выражение arсcos{(2,6Fr0/[(1-k)+Fr02]1,5)} станет равным единице, т.е. ко-

гда спокойный поток обтекания по правому борту судна переходит в бурный и

«подсос» кормы к откосу неизбежен.

Последовательность расчета:

а) определяются площади живого сечения канала от диаметральной плос-

кости судна

14

б) определяются коэффициенты стеснения, средние глубины и числа Фруда:

в) определяются V21i и V22i. С увеличением отклонения судна от оси канал величины Ω1i, T0cp1i, k2i, Fr02i и V22i будут увеличиваться, а величины Ω2i,

режимов скорости судна (1 — полный передний ход, 2 — средний передний ход, 3 — малый передний ход, 4 — самый малый передний ход), рисунок 9.

15

Расхождение судов должно производиться в соответствии с правилами плавания по внутренним водным путям Российской Федерации. Согласно этим правилам (ст.136), если два судна идут встречными курсами таким образом, что может возникнуть опасность столкновения, то каждое судно должно изменить свой курс вправо с тем, чтобы они могли разойтись левыми бортами. Для рас-

хождения действия судоводителей обоих судов должны быть согласованы по УКВ радиосвязи. При этом вызов на радиосвязь должен осуществлять судово-

дитель судна, идущего вверх (ст.118). Согласно ст.134, судно, идущее вверх,

заблаговременно, а в случае, ограниченного по путевым условиям обзора,—

при визуальном обнаружении встречного судна, должно обозначить соответ-

ствующий борт расхождения подачей отмашки и подтвердить по УКВ радио-

связи. Судно, идущее вниз, должно принять и незамедлительно подтвердить указанную сторону расхождения также подачей отмашки и по УКВ радиосвязи.

Изначально судно следует по оси канала. Гидростатические давления на правый и левый борта равны и уравновешиваются (Рп.б.=Рл.б.). Скорости потока воды, обтекающей корпус судна, также равны V2п.б=V2л.б.. Для безопасного расхождения отклоняемся вправо насколько это необходимо и практически возможно. Из расчетов видно, что чем меньше скорость судна, тем дальше от оси канала оно может отклониться. Поэтому маневр расхождения целесообраз-

но выполнять на малых скоростях движения. При приближении к откосу канала начинают изменяться гидростатические давления и скорости обтекания Рп.б >

Рл.б, V2п.б > V2л.б. Появляется гидравлический момент, стремящийся повернуть нос судна в сторону оси канала. Чем ближе будет приближение к откосу, тем сильнее будет наблюдаться это явление. При критическом приближении к от-

косу возникнет ситуация, когда Рп.б >> Рл.б, V2п.б >> V2л.б В этом случае судно перестанет слушаться руля и развернется поперек судового хода вследствие воздействия гидравлического прыжка (перехода потока из спокойного состоя-

ния в бурный (из ламинарного режима обтекания в турбулентный)), и корма судна при этом выбрасывается на откос канала. Чтобы этого избежать рекомен-

17

дуется уменьшать ход на правой машине до минимального вплоть до полной остановки двигателя при необходимости.

В момент сближения носовых оконечностей между скуловыми частями образуется зона повышенного давления, величина которого зависит от расстоя-

ний между судами и откосами канала и непосредственно между судами. Если суда чрезмерно приблизятся к откосам канала, то нос каждого судна будет стремиться повернуться в сторону оси канала, отрыскивая от откоса вследствие разностей уровней воды и гидростатических давлений. Если суда приблизятся друг к другу, то нос каждого судна будет отрыскивать в сторону откоса вслед-

ствие влияния зоны повышенного давления между судами. Это необходимо учитывать при управлении судами.

В момент, когда мидель одного судна находится на траверзе миделя дру-

гого судна, между судами образуется зона нулевых скоростей, и каждое судно будет находиться в своей ложбине.

Дальнейшее движение судов относительно друг друга следует осуществ-

лять с малым углом поворота в сторону оси канала. При этом надо учитывать,

что давление со стороны скуловой части другого судна будет стремиться отки-

нуть корму в сторону откоса канала. Поэтому необходимо удерживать судно соответствующей перекладкой руля. После того, как корма одного судна прой-

дет корму другого, судно выводится на ось канала.

Найдем время, требуемое для расхождения двух судов.

Данные по судам:

L1 =135м, V1 =11,34км/ч=3,15м/с L2=135м, V2=10,98км/ч=3,05м/с

Скорость малого хода (МХ) у судов:

V1м.х=3,15*0,5=1,575м/с, V2м.х=3,05*0,5=1,525м/с

Время на расхождение:

tрасхожд.=

tрасхожд. = = 87,10сек ≈ 1,45мин

18

а) в рассчитанном живом сечении канала определить нейтральную зону и описать процесс расхождения от момента обнаружения встречного судна до момента выхода судна на ось судового хода после расхождения.

Рассчитать моменты и силы.

б) выполнить три разреза живого сечения канала.

Проект встречного судна — по выбору студента.

2.5 Расчет маневра обгона

Последовательность расчета:

а) определить возможность обгона и, если он возможен — время обгона.

б) описать весь процесс маневра от момента запроса разрешения на обгон до момента завершения маневра.

в) Показать все силы действующие на суда и 3–4 разреза поперечного се-

чения канала с указанием уровней воды.

Обгон судов должен выполняться в соответствии с правилами плавания по внутренним водным путям Российской Федерации. Согласно Правил, обгон про-

изводится только после того, как капитаны (вахтенные помощники) удостовери-

лись в том, что обгон не представляет опасности, и подтвердили согласие на обгон по УКВ радиосвязи и визуальными сигналами (ст.152).

Перед обгоном вызов на радиосвязь осуществляет судоводитель обгоняющего судна (ст.118). Обгоняемое судно при возможности обгона должно указать соответ-

ствующий борт путем подачи отмашки и подтвердить по УКВ радиосвязи. Оно также должно уменьшить ход и предпринять другие действия для обеспечения безопасности обгона (ст.152). Обгоняющее судно должно обходить обгоняемое по левому борту.

Обгон по правому допускается (как исключение), когда обгон по левому борту за-

труднен из-за путевых, метеорологических и других условий (ст.153).

При обгоне, обгоняемое судно должно заблаговременно уменьшить ско-

рость до минимальной и отклониться вправо насколько это безопасно и практи-

чески возможно. При этом надо учитывать, что Рп.б > Рл.б, V2п.б > V2л.б. На обго-

19

няемое судно действует момент, стремящийся повернуть нос судна в сторону оси канала. Чем ближе обгоняемое судно будет приближаться к откосу, тем сильнее будет наблюдаться это явление. При критическом приближении к от-

косу возникнет ситуация Рп.б >> Рл.б, V2п.б >> V2л.б, судно перестанет слушаться руля и развернется поперек судового хода вследствие воздействия гидравличе-

ского прыжка - перехода потока из спокойного состояния в бурный (появление зоны турбулентности), и корма судна при этом выбрасывается на откос канала.

Чтобы избежать такой опасной ситуации, обгоняемое судно должно остановить правую машину и идти только на левой.

Обгоняющее судно выбирает безопасное расстояние для обгона соизме-

римо своим габаритам, габаритам обгоняемого судна и размерам канала. Затем обгоняющее судно смещается влево от обгоняемого и выводится на параллель-

ный курс. При этом необходимо помнить, что чрезмерное приближение к отко-

су канала может вызвать потерю управляемости и разворот судна поперек су-

дового хода, вследствие влияния гидравлического прыжка, а чрезмерное сбли-

жение с обгоняемым судном может вызвать влияние присасывания, когда суда оказываются в единой ложбине (моменты, возникающие при этом, будут стре-

миться столкнуть суда).

В момент, когда носовая часть обгоняющего судна окажется на уровне кормовой части обгоняемого, гидродинамический момент, действующий на об-

гоняемое судно, будет стремиться отбросить его корму на откос канала. Чтобы этого избежать судоводителю обгоняемого судна необходимо переложить руль вправо. Наиболее сильно такой эффект наблюдается при минимальном рассто-

янии между судами и на больших скоростях обгона.

После того как обгоняемое судно окажется позади, обгоняющее помалу выводится на ось судового хода.

Данные по судам:

Lс1=135м; Tс1=3,6м ; bс1=14,5м;

L2=135м .

Vс1=11,34км/ч=3,15м/с; Vс2=10,98км/ч=3,05м/с

20