upr sudnom шарлай / 5. Narrow
.pdf
5.5. УПРАВЛЯЕМОСТЬ И ИНЕРЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДНА НА МЕЛКОВОДЬЕ И В УЗКОСТИ
Влияние мелководья на управляемость судна проявляется в следующем:
−резко ухудшается устойчивость судна на курсе, повышается рыскливость;
−ухудшается поворотливость судна, значительно уменьшаются углы дрейфа и соответственно увеличивается радиус циркуляции.
Происходит это по следующим причинам. Как уже говорилось, движущееся судно имеет перепад давлений вдоль корпуса. В результате этого уровень воды в средней части пониженный, а в районе форштевня и ахтерштевня - повышенный. Перепад уровней воды в кормовой оконечности приводит к тому, что вода, перетекая от повышенного уровня к пониженному, образует попутный поток, скорость которого зависит от величины перепада уровней воды.
При движении судна на мелководье перепад давлений (и как следствие ─ уровней воды) увеличивается по мере приближения скорости судна к ее критическому значению Vкр .
Вращающий момент, создаваемый пером руля зависит от скорости набегающего потока. Увеличение скорости попутного потока при выходе судна на мелководье снижает скорость набегающего на перо руля потока и, как следствие, снижает эффективность рулевого устройства (рис. 5.10).
Другим фактором, влияющим на управляемость, является то, что при выходе судна на мелководье для сохранения прежней скорости требуются большие энергетические затраты, чем на глубокой воде. Эта дополнительная энергия расходуется на то, что в процесс волнообразования вовлекаются дополнительные массы воды.
141
Г. Н. Шарлай. Управление судном при плавании на мелководье и в узкости
Рис. 5.10. Влияние мелководья на радиус циркуляции
Увеличение инерционности судна при падении эффективности пера руля приводит к ухудшению маневренных и тормозных характеристик судна.
При одинаковой начальной скорости тормозной путь на мелководье и на глубокой воде отличаются незначительно.
При движении судна в узкости наблюдаются те же явления в поведении судна, что и на мелководье с неограниченной акваторией, только проявляется все это в более резкой форме.
5.6. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАСХОДЯЩИХСЯ СУДОВ
При расхождении на небольших траверзных расстояниях двух судов возникает опасная навигационная ситуация. В этом случае возникают дополнительные внешние силы, обусловленные гидродинамическим воздействием корпусов. В результате суда могут потерять управляемость и может произойти их столкновение.
В зависимости от сочетания различных факторов и взаимного положения судов может происходить как «притяжение», так и «отталкивание» судов (рис. 5.11).
142
Рис. 5.11. Расхождение судов в узком канале
При сближении судов на контркурсах под влиянием областей повышенного давления носовые оконечности будут отталкиваться.
Когда форштевни разойдутся, массы воды устремятся в области пониженного давления, увлекая за собой носовые оконечности. Это наиболее опасный момент расхождения, и для предотвращения столкновений суда должны быть одержаны. Когда суда выходят на траверз друг друга, они начинают притягиваться.
Далее все повторится в обратном порядке - кормовые оконечности устремятся в области пониженного давления, а после расхождения оттолкнуться.
Рис. 5.12. Гидродинамическое взаимодействие судов при обгоне
143
Г. Н. Шарлай. Управление судном при плавании на мелководье и в узкости
Такой же процесс отталкивания и притягивания наблюдается при обгоне (рис. 5.12). Однако из-за более длительного взаимодействия гидродинамических полей опасность столкновения при обгоне выше. При движении на обгон происходит резкое увеличение просадки обоих судов.
Для уменьшения явлений отталкивания и притягивания при расхождении скорость судов не должна превышать 0,5 – 0,6 от значений критической скорости, а расстояние между судами должно быть не менее тройной, а при обгоне шестикратной ширины меньшего по размеру судна.
5.7. УПРАВЛЕНИЕ И МАНЕВРИРОВАНИЕ СУДНОМ ПРИ ПЛАВАНИИ В КАНАЛЕ
Характеристика каналов
Судоходные каналы классифицируются по назначению, способу устройства, наличию оградительных сооружений, пропускной способности, размерам поперечного сечения и высот надводных переходов, длительности навигационного периода и характеру материковых грунтов, составляющих ложе канала.
По назначению каналы подразделяют на соединительные и подходные; по способу устройства — на закрытые (шлюзованные) и открытые; по наличию искусственных оградительных сооружений — на огражденные и неогражденные.
По пропускной способности каналы классифицируются показателями проектного и фактического судооборота в обоих направлениях, выраженными количеством пропускаемых судов и их регистровым тоннажем. По размерам поперечного сечения и высотам надводных переходов (мосты, линии электропередач и др.) каналы классифицируют по: максимально допустимой осадке пропускаемых судов; максимально допустимой высоте надводного габарита судов; режиму пропуска судов (каналы одностороннего или двустороннего движения). Каналы двустороннего движения могут иметь достаточную ширину либо по всей длине для расхождения встречных судов в любом пункте, либо иметь уширения в нескольких пунктах для ожидания пропуска встречных судов.
Рис. 5.13. Движение судна в канале
144
По длительности навигационного периода каналы подразделяются на незамерзающие с круглогодичным навигационным периодом и замерзающие с ограниченным навигационным периодом по ледовым условиям.
Влияние рельефа канала на управляемость судна
Движение судна в мелководном канале сопровождается теми же явлениями, что и на мелководье, но выраженными в более резкой форме (рис. 5.14). Из-за дополнительного стеснения фарватера интенсивность волнообразования, просадки и сопротивления движению нарастают быстрее, чем на неограниченном мелководном участке моря. Особенности движения судна в канале различаются в зависимости от скорости движения. При движении судна с докритической скоростью в сечении канала, стесненном корпусом, скорость течения жидкости между бортом судна и стенкой канала увеличивается, а уровень ее поверхности понижается. При смещении с оси канала обтекание корпуса становится несимметричным, скорость потока воды между бортом и ближайшей стенкой увеличивается и возникает поперечная сила, которая притягивает судно к ближайшей стенке.
Явление притягивания особенно заметно при отходе судна от стенки канала. В начале движения винт, работающий вперед, интенсивно засасывает воду со стороны носовой части судна. Поскольку приток воды со стороны ближайшего к стенке борта затруднен, уровень воды между бортом и ближайшей стенкой понижается и возникает сила, притягивающая судно к стенке канала.
Рис. 5.14. Эффект берега при плавании судна в канале
Более сложными являются взаимодействие корпуса и стенок канала при движении судна околокритическими скоростями (рис. 5.15). С началом образования одиночной волны изменяется профиль поверхности воды, обтекающей корпус. При смещении с оси канала со стороны ближайшей стенки в носовой части судна уровень поверхности воды повышается и возникает избыточное давление, отталкивающее скулу от ближайшей стенки. Одновременно ускоряется поток воды между бортом и ближайшей стенкой, достигая максимальной скорости в корме судна за счет винтовой струи, что приводит к понижению уровня воды, и корма судна стремится притянуться к ближайшей стенке.
145
Г. Н. Шарлай. Управление судном при плавании на мелководье и в узкости
Рис. 5.15. Взаимодействие корпуса судна и стенок канала
Для компенсации возникающего момента и удержания судна на прямом курсе в этом случае необходимы несимметричные, смещенные в сторону ближайшей стенки канала перекладки руля. Во время прохода мимо расширений или ответвлений канала, из-за нарушения симметричности обтекания корпуса, носовая оконечность судна будет уклоняться в сторону расширений или ответвлений. Если в это время в расширении стоит какое-либо судно, то это грозит навалом. Средство предупреждения – заранее переложить руль в сторону противоположную расширению.
При прохождении прямолинейных участков, поскольку профиль сечения канала редко бывает симметричным, нос судна будет уклоняться в сторону больших глубин (рис. 5.16). Это явление называется «эффектом свободной воды». При следовании судна вдоль отлогого берега этот эффект резко усиливается (рис. 5.17).
Рис. 5.16. Влияние расширения канала на управляемость судна
Рассмотренные ранее явления существенно усиливаются при увеличении скорости судна, что приводит к его резким отклонениям от курса, которые иногда невозможно компенсировать только перекладкой руля. Первым признаком несоответствия скорости движения судна площади сечения канала является ярко выраженная крутая кормовая волна. Если не уменьшить скорость судна, то при неожиданном уменьшении площади сечения канала увеличивается интенсивность процесса волнообразования, существенно возрастет сопротивление движению, и судно резко потеряет скорость. Тогда кормовая волна нагонит судно и вызовет его отклонение в ту или иную сторону, т. е. судно потеряет управляемость.
146
Рис. 5.17. Влияние рельефа дна канала на отклонение носа судна
Влияние течения на управляемость судна в канале
Встречное течение. Если судно запоздало положит руль вправо, корма начнет притягиваться к берегу, а нос отклоняться к противоположной бровке канала (рис. 5.18). Струи воды будут ударять в правый борт, еще больше отклоняя нос влево. В таком положении трудно выправить судно с помощью руля. Остается единственное средство — застопорить машину, чтобы уменьшить влияние взаимодействия между судном и берегом. Если этого не сделать, — судно может врезаться в противоположный берег с последующим разворотом против течения.
147
Г. Н. Шарлай. Управление судном при плавании на мелководье и в узкости
Рис. 5.18. Влияние встречного течения на |
Рис. 5.19. Влияние попутного течения на |
управляемость судна |
управляемость судна |
Попутное течение. Скорость относительно воды меньше, чем скорость такого же судна, но идущего против течения. Если судно запоздало положит руль вправо, то его развернет поперек канала (рис. 5.19). Это произойдет из-за сужения сечения в районе правого борта, вследствие чего скорость течения увеличится, давление между бровкой канала и корпусом уменьшится и начнется притяжение кормы к правому берегу. Однако это явление будет значительно меньше влиять на судно, так как скорость в зазоре значительно меньше, чем при встречном течении. Кроме того, струи воды будут ударять в левый борт и препятствовать повороту влево. Судно будет лучше слушаться руля, и может быть легко выведено на ось канала.
Поворот судна в канале
Выполнение поворота в узкости является наиболее ответственным моментом. Точка начала поворота должна быть нанесена на карту с учетом действия течения, радиуса циркуляции при определенной перекладке руля и фиксироваться методом обсервации.
При выполнении поворота на течении необходимо учитывать, что даже кратковременное положение судна под значительным углом относительно направления течения создает угрозу сноса его в сторону берега. Судно должно вписаться в поворот так, чтобы его диаметральная плоскость была параллельна близлежащему берегу.
При выполнении поворота следует избегать резкой перекладки руля в крайние положения: необходимо учитывать возможность заклинивания руля. На крутых поворотах можно ускорить поворот кратковременным увеличением скорости. Поэтому поворот всегда следует делать на умеренной скорости с тем, чтобы был резерв хода для улучшения поворотливости судна.
При отклонении по оси узкости, канала и при приближении к берегу сопротивление движению судна возрастает - возникает поперечная сила, которая отталкивает носовую часть судна и притягивает кормовую к ближнему берегу, причем, чем ближе судно будет находиться к одному из берегов, тем больше возмущение воды и скорость потока между берегом и бортом судна и тем больше силы отталкивания и притяжения, что может привести к развороту судна поперек узкости
(рис.5.20).
При движении судна с неработающими машинами эффект берега практически не ощутим. При работе машины ходом назад эффект берега противоположен
— притягивается носовая часть судна, отталкивается — кормовая.
148
Рис. 5.20. Поворот в узкости
Особенности расхождения судов в канале
Расхождение судов друг с другом в каналах сопровождается не только гидродинамическим взаимодействием между судами, но и каждым судном с дном водоема и ближайшим берегом. Смещение при расхождении с оси канала вызывает действие гидродинамических сил, которые стремятся развернуть судно поперек канала. Чтобы удержать его на курсе, требуются своевременные действия рулем.
Расхождение в узком канале. Два судна сближаются, придерживаясь оси канала (рис. 5.21). Скорость судна заблаговременно уменьшают до минимальной, достаточной для управления. Когда до встречного судна остается расстояние, равное 2—3 длинам корпуса, оба судна энергично кладут руль вправо и выходят ближе к кромке канала. Приближаться к кромке канала заранее, на большом расстоянии между судами нельзя, так как удерживать судно вплотную к бровке длительное время трудно. В тот момент, когда форштевни судов поравняются, руль перекладывают влево, чтобы отвести корму и начать движение вдоль встречного судна, одновременно увеличивая частоту вращения гребного винта. Суда огибают друг друга, совершая плавный поворот влево. Когда носовая часть подходит к траверзу миделя другого судна, руль перекладывают вправо, чтобы воспрепятствовать движению кормы к кромке канала. Благодаря взаимодействию гидродинамических сил между судами и каждого судна с берегом оба судна стремятся развернуться влево. Судоводителям следует контролировать движение судов, но не препятствовать их плавному развороту влево. Как только оба судна разойдутся чисто, они снова выйдут на ось канала. Движению необходимо помогать рулем и при выходе на ось канала задержать судно на заданном курсе.
Если одно из судов во время расхождения задержит движение влево и после прохождения другого судна останется у правой бровки канала, то влияние берегового эффекта (отталкивание носа и притягивание кормы) может резко уклонить его влево и даже развернуть поперек канала. Чтобы не допустить разворота влево необходимо своевременно одержать судно рулем вплоть до перекладки руля право на борт и помогать работой машины до тех пор, пока судно не выйдет на ось канала.
149
Г. Н. Шарлай. Управление судном при плавании на мелководье и в узкости
Рис. 5.21. Расхождение судов в узкости
В случае расхождения в узком канале или фарватере последовательно с несколькими судами эти суда должны заблаговременно установить и сохранить между собой интервал не менее 1 ─ 1,5 мили, чтобы дать возможность встречному судну занять устойчивое положение на оси канала после расхождения с предыдущим судном.
Обгон в узкости. С целью обес-
печения безопасности плавания на наиболее тяжелых участках местными правилами обычно вводится запрет на обгоны. Однако в случае, если какое-либо судно пойдет на обгон в опасной близости, необходимо принять меры предосторожности: в первую очередь уменьшить ход до минимально возможного, затем выполнять действия, способствующие безопасному обгону.
Разворот судна в узкости
В практике плавания в узкостях бывают случаи, когда необходимо развернуть судно на обратный курс. Такой маневр одновинтового судна с правым шагом винта осуществляют следующим образом (рис. 5.22). Наибольшая скорость поворота наблюдается тогда, когда машине дан полный ход вперед и руль положен на правый борт. Струя воды от винта, действующая на руль, будет отклонять корму влево. С увеличением хода поворот кормы влево будет происходить быстрее. Как только нос судна начнет уклоняться вправо, дают машине полный ход назад и перекладывают руль сначала прямо, а затем, по мере увеличения оборотов винта, влево. С увеличением хода назад отклонение кормы влево будет увеличиваться действием руля. Когда судно начнет двигаться назад, снова перекладывают руль вправо и дают машине полный ход вперед. Маневрируя таким образом, разворачиваются в нужном направлении. Во многих случаях в узкостях, прежде чем начать разворот, следует погасить излишнюю инерцию, для чего заранее уменьшают ход. Нужно помнить, что диаметр циркуляции бывает наименьшим при малой начальной скорости судна, но при работающей полным ходом машине и положенном на борт руле.
150