Глава 10. Особенности управления судном в узкостях и плавание на мелководье

10.1. Краткая характеристика узкости, мелководья и каналов

С точки зрения управления судном понятие узкости определяется соотношением между маневренными характеристиками судна (с уче­том его линейных размеров) и шириной водного пространства, в пре­делах которого судно может безопасно следовать при существующих средствах навигационного обеспечения.

С точки зрения ширины акватории делят на открытые и каналы.

Открытые акватории делят на глубокие, мелкие и углубленные морские пути.

Открытой и глубокой акваторией называется такая, на которой дно и берега не оказывают влияния на маневренные качества судна. Ширина открытой акватории определяется диаметром циркуляции. В морской мировой практике принимается, что для выполнения са­мостоятельной циркуляции на акватории, где нет ветра и течения, не­обходимы размеры акватории

b>8L,(Ю. 1)

где b - iifiipfiiici акватории, м:

L — длина судна, м.

Эта зависимость действительна для всех плавединиц, так как ко­эффициент к,равный8, является наибольшим коэффициентом из ис пользуемых для определения нормального диаметра циркуляции.Beличина параметра ширины акватории соответствует минимальному диаметру тактической циркуляции.

Определение понятия мелководье можно представить следующим образом. Движущееся судно вызывает образование различных волн.

Частица воды в волновом движении па глубокой воде движется по круговой орбите. Радиус орбиты на поверхности равен амплитуде вол­ны. а на глубинеИрадиусг_нопределяется формулой:

г,_г~г₀е~*^н, (10.2)

где - радиус орбиты частицы на поверхности води, равный амплитуде волны, м,

^ е ~~ основание натуральных логарифмов;

'' ~ но.|новое число (Л — длина волны, м);

Н — глубина, отсчитываемая от поверхности воды, м.

Параметр е~^киназывают коэффициентом затухания.

Известно, что если глубина воды меньше 0,5*., то при движении судна необходимо принимать во вниманиевлияние дна. Уравнение, определяющее зависимость скорости волны от ее длины и глубины акватории,

^<|03)

где с — скорость волны, м/с;

g — ускорение свободного падения, м/с²

При выражение th^

ни я волны на глубокой воде

^,|<м>

Согласно уравнению (10.3), при Х = constскорость волны на мел­ководье меньше, чем на глубокой воде, поскольку частицы движутся не по круговой орбите, а по эллиптической. Скорость судна, равная максимальной скорости распространения волн, называется критической скоростью судна, а величина этой скорости может быть определена но уравнению (10.3) или приближенно для практических целей с по­мощью выражения

^нр~ VW-(¹⁰⁵>

Судоходный канал — искусственно проложенный водный путь, ос­нащенный современными средствами навигационного оборудования, обеспечивающими безопасность плавания судов.

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 сечении и высотам надводных переходов (мосты, линии электропередач и др.) каналы классифици­руют по:

максимально допустимой осадке пропускаемых судов; максималь* _н<у допустимой высоте надводного габарита судов; режиму пропуска_су/дов (каналы одностороннего или двустороннего движения). Каналы двустороннего движения могут иметь достаточную ширину либо по_вС^ей длине для расхождения встречных судов в любом пункте, либо У^иирение в нескольких пунктах для ожидания пропуска встречных ^у'дов. В принципе движение в каналах в зависимости от размерений_су*дов может быть в каждом конкретном случае и односторонним, и двусторонним.

По длительности навигационного периода каналы подразделяют- _с9ф.на незамерзаемые с круглогодичным навигационным периодом и з^мерзаемые с ограниченным навигационным периодом по ледовым Условиям.

По характеру грунтов, составляющих ложе, каналы подразделя­ется на имеющие глинистое или суглинистое ложе, песчаное или су- _п#есчаное ложе; илистое ложе; каменистое и скальное ложе.

4 #0.2. Влияние мелководья и стесненности судового хода _и а скорость судна

Обычно для проведения ходовых или сдаточных испытаний, чтобы _нсключить влияние мелководья, выбирают полигон с глубиной, опре­деляемой выражением

3 V*

Л>4аН-, (Ю. в)

8

• де d —- осадка судна, м;

• — скорость судна, м/с, g — ускорение свободного падения, м/с².

При решении практических задач управления судном мелководьем 1*южно считать, когда отношение глубины к осадке суднаH/d<3. ^Для расчета скорости на мелководье может быть применена формула, полученная А. П. Смирновым,

(10.7)

где Ун — скорость судна на мелководье, м/с;

Voc — скорость судна на глубокой воде, м/с; kv —коэффициент пропорциональности (табл. 10.1);

к Ь — коэффициент пропорциональности за полноту водоизмещения подводной ча­сти корпуса судна (табл. 10.2); квЫ — коэффициент пропорциональности отношения ширины судна к осадке Bid (табл. 10.3).

Таблица 10.1. Значения коэффициента kv

							Скорость Vqq			на глубокой воде, уз
H/d	6			7 1	I • 1	1	9	10 1	1 >	11	1	12	13		М	15		16		17
3.5	I	,00	I	,00	1,00	1,	,00	1.00	0	,99	0,	,99	0	,99	0,98	0	,98	0	,98	0.97
3,0	1	,00	0,	.99	0,98	0	.98	0,98	0,	,97	0,	,97	0	,96	0,96	0,	,96	0	.95	0,94
2.5	0	,99	0	,98	0,98	0	,96	0,95	0,	,95	0	,94	0	.94	0,93	0	,93	0	.92	0,92
2,0	0	,98	0	,97	0,97	0	.95	0,94	0	,93	0	,92	0	,90	0,90	0	.89	0	.88	0,83 :
1.5	0	,96	0	.94	0,92	0	.91	0.89	0	,88	0	,87	0	.86	0,86	0	.85	0	,84	0,84 i
1.3	0	.95	0	,93	0,91	0	.89	0,88	0	.86	0	,85	0	.84	0,83	0	,83	0	.82	0,82 ;
1,25	0	.94	0	,92	0,91	0	.89	0,87	0	.86	0	,85	0	.84	0,83	0	.82	0	.82	0,81
1,10	0	.94	0	.91	0,89	0	.88	0,86	0	.85	0	,83	0	,83	0,82	0	,82

Таблица 10.2. Значения Таблица 10.3. Значений

коэффициента коэффициента к _H/(J

б	0.7—0,75	0,75 — 0.80	0.80 — 0.85	/*///	‘2.0	2,5	3,0	3.5
h	1	0,973	0,947	}iH/d	1 ,026	1 ,0	0,973	0,947

Из анализа таблиц можно видеть, что падение скорости на мелко­водье может превышать 20 % по сравнению с глубокой водой. Данные таблиц получены в основном многочисленными натурными экспери­ментами. Практическое применение таблиц позволит судоводителям более обоснованно выбирать оптимальный курс судна с учетом глу­бин, более точно вести счисление судна, что в конечном счете повысит безопасность плавания. Эмпирическая формула (10.7) позволяет опре­делить величину изменения скорости на мелководье с погрешностью ±2—3 %. Натурные эксперименты показали, что режим работы дви­гателя на мелководье при поддержании постоянной частоты вращения является чрезвычайно тяжелым и нормальная эксплуатация двигателя не может быть обеспечена без снижения мощности двигателя с умень­шением глубин. На основании этого рекомендуется при плавании на мелководье при H/d<L3 всережимный регулятор двигателя отключать и переходить на постоянную подачу топлива во избежание перегрузки главного двигателя. Следует обратить внимание судоводителей, что на мелководье показания индукционного лага будут завышаться из-за увеличения скорости ротока, обтекающего корпус судна.

Влияние мелководья начинает заметно сказываться при переходе за скорости, равные 0,6V_Kp, когда высота и длина создающихся при движении судна поперечных волн начинают резко возрастать. По мере увеличения скорости увеличивается и угол, составляемый гребнями волн с ДП судна. При скорости У:^0,75Укр поперечные и расходящие­ся волны совмещаются в одну общую поперечную волну,достигающую наибольших размеров при скоростиV=(0,9—1,0) УgHи имеющую вид поперечного вала, движущегося вместе с судном несколько впе­реди форштевня. В кормовой части судна несколько впереди ахтер- штевня также создаются поперечные волны, которые распространяют­ся далеко по обе стороны от судна. Вместе с ростом волнообразования растет и сопротивление воды движению судна,, перегружается двига­тель, возрастает расход топлива, повышается износ двигателя. Поэто­му увеличивать скорость судна до значений, больших 0,80V_Kp, неце­лесообразно. Скорость судов в канале назначается в пределах 4— 12 уз, однако она не должна превышать величины 0,9У_Кр.

3. Влияние мелководья и узкостей на управляемость \ и инерционно-тормозные характеристики судов

Практикой установлено, что на мелководье по сравнению с глубо­кой водой резко ухудшается эксплуатационная устойчивость судна на курсе, повышается рыскливость; заметно ухудшается и поворотли­вость судов.

На мелководье резко уменьшаются углы дрейфа, угловая скорость поворота и соответственно увеличивается радиус установившейся цир­куляции при одинаковых углах перекладки руля. Исследования

Рис. 10.1. Увеличение радиуса цир­куляции на мелководье R* по срав­нению с радиусом циркуляции на глу­бокой воде Roo

^{7 1}* ¹

o,i о,г о,з о.ь о,5 0,6 о.7 а/и

Рис 10.2. Влияние мелководья на ве­личину относительной скорости пово­рота судна

А. Д. Гофмана показали, что ухудшение поворотливости на мелко­водье носит закономерный характер. Для определения радиуса уста­новившейся циркуляции па мелководье R_Hим получена следующая зависимость:

^ , (10.8)

^м 1 4*0, \d/H — 0.71 (<////)* '

где Ноо — радиус установившейся циркуляции на глубокой воде, м.

Увеличение радиуса циркуляции, рассчитанное по формуле (10.8), приведено на рис. 10.1.

Отношение угловой скорости поворота на мелководье oi_Mк угло­вой скорости на глубокой воде <•>«> оказалось весьма стабильным для судов различных типов (рис. 10.2).

Для определения среднеквадратической погрешности тактического диаметра циркуляции £>_ти выдвига1_ХВ. И. Нестеренко провел широ­комасштабный натурный эксперимент на теплоходе «Борис Бувин», выполненный на глубокой воде и на мелководье. Среднеквадратиче­ская погрешность составила 5 %, что свидетельствует о применимости формулы для морских судов. Можно рекомендовать судоводителям морских судов применять кривые (см. рис. 10.2) для корректировки циркуляций на глубокой воде в условиях мелководья.

Для расчета выдвига 1\на мелководье можно применить зави­симость

—«2,38Ю.36Y•^<|0-9>

где L — длина судна, м.

Расчеты показывают, что, например, для dlH=0,9 увеличение выдвига на мелководье по отношению к выдвигу на глубокой воде составляет 62 %. а при <////=0,5 — около 17 %.

Как видно из приведенного анализа, количественное изменение параметров циркуляции на мелководье по сравнению с глубокой во­дой может быть существенным и судоводитель обязан это учитывать при плавании в стесненных условиях.

Эта информация необходима и для разбора аварий, связанных со столкновением судов и посадкой на мель.

Уменьшение угла дрейфа на мелководье является благоприятным обстоятельством, поскольку оно позволяет увеличивать размеры судов для беспрепятственного прохождения лимитирующих поворотов. Сни­

жение падении скорости на циркуляции в условиях мелководья объяс­няется резким уменьшением углов дрейфа.

При движении судна на мелководье основное влияние на его инер­ционно-тормозные характеристики оказывают три фактора: увеличе­ние сопротивления воды, увеличение присоединенных масс и моментов инерции, изменение коэффициента влияния корпуса на движитель.

Увеличение сопротивления воды приводит не только к уменьше­нию инерционности судна, но и к снижению его начальной (устано­вившейся) скорости при одинаковой частоте вращения винта.

Увеличение присоединенных масс и моментов инерции на мелко­водье увеличивает пропорционально инерционность судна и частично компенсирует влияние увеличения сопротивления воды. Кроме того, увеличение присоединенного момента оказывает стабилизирующее влияние на траекторию судна при свободном и активном тормо­жении.

При движении на мелководье коэффициент упора винта по срав­нению с глубокой водой увеличивается.

Кроме того, на мелководье возникает необходимость снижения частоты вращения винта вследствие перегрузки двигателя.

Оценка влияния мелководья на инерционно-тормозные характе­ристики судна существенно зависит от того, при каких начальных ус­ловиях производить сравнение. Если сравнивать тормозные пути при одинаковых режимах движения, то тормозные пути на мелководье будут меньше аналогичных на глубокой воде на 20—30 %. Однако со­отношение существенно- изменится, если, сравнивать тормозные пути при одинаковых начальных скоростях. Так, например, для теп­лохода «Борис Бувин» сокращение тормозного пути на глубине 8 м при маневре с полного маневренного хода на полный задний состав­ляет 33%, однако это происходит в основном из-за снижения скорос­ти на мелководье при том же режиме движения с 12,9 до 11,1 уз. Ре­альное сокращение тормозного пути со скорости 11,1 уз составило 4,4 %, т. е. логично, что более правильно сопоставлять для практи­ческих целей инерционно-тормозные свойства при одинаковых началь­ных скоростях на глубокой воде и мелководье.

Результаты моделирования, подтвержденные натурными наблю­дениями, показывают, что выбег судна S_Bпри свободном торможении на мелководье всегда меньше, чем на глубокой воде. На рис. 10.3 при­ведены значения среднеквадратической погрешностиbS_a(V) = = («S„oo—S_9m)/S_bоо в зависимости от соотношения глубины и осадкиH/dи числа Фруда по глубинеF,h = VlVgH. Как видно из рис. 10.3, (VS„ значимо только на предельном мелководье и больших скоростях. Практически во всем диапазоне 6<S_B(V)10 %,т.е. сопоставимо с ючносгыо определения инерционно-тормозных согласно НШС.

При активном тор*можении на мелководье возможно как относи­тельное сокращение тормозного пути, так и его увеличейие по сравнению с той же начальной скоростью на глубокой воде. На рис. 10.4 приве­дены 65, при активном торможении на предельном мелководье Н/Т= = 1,25 в зависимости от F_{I U}и соотношения между упором винта на задний ход и сопротивлением воды в начале торможенияk—P«._xIRu При больших начальных скоростях, когдаF_r^0,5 иfe<11 1,2, тор­мозные пути сокращаются на 2—10 %. При торможении с малых на­чальных скоростей (Л_н^0,4) реверсом при полном или среднем зад­нем ходе (А?;>3) тормозные пути на предельном мелководье на 2—

Рис. 10.3 Относительное измене- Рис 10.4. Относительное изменение тормоз ние выбега судна на мелко- ного пути судна на мелководье:

ВОДЬе А — эксперимент па теплоходе «Профессор

УЗгов*

6 % больше, чем на глубокой воде. Однако аболютное значение этого увеличения пренебрежимо мало и ниже точности экспериментального определения S_T. Для теплохода «Борис Бувин», например, это увели­чение не превысило 10—15 м.

Учитывая результаты моделирования и экспериментальных про­верок, можно признать нецелесообразным создание специальной до­полнительной информации по учету влияния мелководья па инерцион­но-тормозные характеристики судна. При плавании на мелководье следует использовать имеющуюся на судне основную информацию, ин­терполируя значение выбега и тормозного пути между соседними гра­фиками на фактическую скорость судиа на мелководье. Для удобства интерполяции можно модернизировать вид основной информации, име­ющейся на судне в соответствии с требованиями ИМО и НШС. Ука­занные требования не определяют горизонтальное расстояние между соседними графиками. В обычной практике эти расстояния делают равными. Если расстояния между линиями движения судов сделать^ не равными, как это принято, а пропорциональными InV_Hпри сво­бодном торможении и пропорциональнымиV²„ при активном тормо­жении и оцифровать горизонтальную шкалу в узлах, то имеется воз­можность практически линейной интерполяцииS(K) для всех проме­жуточных значений начальных скоростей.

3. Просадка судов при плавании на мелководье, ш каналах и реках

При движении судов происходит изменение их положения на пла­ву по отношению к свободной поверхности и дну водоема. Существен­ное изменение посадки (просадки судна) наблюдается в условиях мелководья, в каналах, реках и других стесненных условиях.

Аналитический метод расчета посадки судна на ходу в условиях глубокой воды был разработан Ю. Н. Поповым. Удовлетворительное соответствие результатов теоретического расчета, основанного на ис­пользовании линейной теории волн, с экспериментом получается в ток случае, если изменение средней осадки и угла дифферента рассматри­вается как сумма двух составляющих, одна из которых вызывается действием гидродинамической вертикальной силы или соответственно

дифферентующего момента, а другая — перераспределением погру­женного объема из-за волнообразования. В этом случае:

}

(10.10)

Ad=Ad„4-A</„; = Аф„,

где \d — изменение средней осадки судна на ходу, м; ф — угол дифферента судна иа ходу, град;

V/д — изменение средней осадки судна от действия гидродинамической вертикаль­ной силы, м;

Лф_д — изменения угла дифферента под действием гидродинамического дифферен­тующего момента, град;

Афв — соответственно изменение средней осадки и угла дифферента из-за волнооб-

разования.

Расчеты просадки судов на мелководье, если брать за основу вы­ражения (10.10), чрезвычайно трудоемки.

При сравнительно малых докритических скоростях движения судна на мелководье, каналах, реках снижается роль собственного волно­образования судна. Перераспределение погруженного объема судна на ходу может быть приближенно объяснено изменением уровня сво­бодной поверхности воды из-за наличия стесненности фарватера.

Приращение осадки судна при движении по мелководью в общем случае объясняется уменьшением гидростатического давления воды под днищем корпуса судна. Это уменьшение является следствием уве­личения скорости обтекания днища водой из-за стесненности потока, понижения уровня воды у бортов, а также условий волнообразования у движущегося судна. Работающие гребные винты также влияют на просадку судна.

Вопросом приращения осадки при движении судна в стесненных условиях занимались многие советские и зарубежные исследователи. В результате теоретических и экспериментальных исследований разра­ботано большое количество методов и эмпирических зависимостей для определения просадки судна в различных условиях плавания и конст­руктивных особенностей судов. Наиболее общее решение имеет так на­зываемый классический метод. Этот метод основывается на непосред­ственном применении закона Бернулли и закона неразрывности жид­кости. Модифицируя уравнение Бернулли и принимая, что величину давления рможно выразить высотой водяного столба над условным уровнем //, уравнение Бернулли примет вид

(10.11)

где Я — глубина, м;

(/ — скорость потока воды, омывающего судно, называемая скоростью встречного потока» м/с;

g — ускорение свободного падения, м/с². I

При сравнительно малых докритических скоростях движения сни­жается роль собственного волнообразования судна. Перераспределение погруженного объема судна на ходу может быть приближенно объяс­нено изменением свободной поверхности воды из-за наличия стеснен­ности фарватера.

Рассмотрим случай движения судна в канале. Движение его в соответствии с уравнением Бернулли приводит к увеличению скорости движения воды вдоль корпуса судна, а это приводит к понижению зеркальной поверхности воды (глубины Я).

Для этого случая можно написать

(И+Ц)» 2* '

V* 28

= //* +

//.+

где Но — глубина в канале, не возмущенном проходом судна, м;

Н_х — глубина в канале в момент прохода судна, измеренная посредине длины суд­на, м;

• — скорость судна, м/с.

После преобразования, обозначив Н₀—#*=Д//, получаем величину понижения зеркальной поверхности воды (просадку судна):

(10.13)

л// =

U(2V+U)

ч

Определение запаса воды под корпусом судна при плавании в ка­налах и на мелководье. Величина клиренса К(глубина под килем) должка быть не менее суммы навигационных запасов:

или

(10.14)

где Н_ш — навигационная глубица, м;

АН_я — поправка глубины на отклонение уровня воды (положительна, когда уровень выше ординара), м;

d —осадка (наибольшая) судна в воде стандартной плотности (р*1025 кг/м*), м; \d — поправка осадки судна на соленость воды (табл. 10.4), м; а — поправка на обледенение судна, м (учитывается в каждом конкретном слу> чае);

z₀ — запас на крен судна, м;

2i — минимальный навигационный запас, м; г₂ — вол новый запас, м; г% — скоростной запас, м.

*«=—sin (в-|-в_д), (10.15)

где В — ширина судна, м.

6 — угол крена от ветра (табл. 10.5), град;

0д — динамический угол крена (табл. 10.6), град;

Таблица 10.4. Поправка осадки судна на соленость воды

Плотность воды, кг/м1	Соленость. %о	A tf, м I	1 Плотность | воды. кгАм*	Соленость.	Д d, м
1025	32	О.ОООг/	1010	13	0,012d
1020	2(i	0,004d	1005	7	0,016d
1015	20	0.008с/	1000	0	0.020d

Таблица 10.5. Угол крена от ветра (судно в грузу), град

Тип судна	Скорость расчетного ветра, мА:
	» 1	1 13 | 16		19 |	22
Универсальное, лихтеровоэ, газовоз.	...	1	1	1	2
Контейнеровоз	•	2	3	4	5
Пассажирское	' i	1	4	6	8

Тип судна					V. уз
	1	5	G	7	8	9	10 |	1 II	12
Универсальное, лесовоз, контейнеровоз	1	1	2	2	3	4	5	6	7
Лихтеровоз, пассажир­ское. паром, газовоз	—	—	—	1	1	1	1	2	2
Танкер, комбинирован­ное							1	1	1

Таблица 10.7. Минимальный навигационный запас г_и м

Вид грунта в слое 0,5 м	На входе в порты, на входном и внешнем рейдах	На всех прочих участках, внутрен­ней акватории
Ил	0,04 d	0,03 d
Наносный плотный (заиленный, ракушка, гра­вий)	0,05 d	0,04 d
Слежавшийся плотный (песок, глина, супесь, суглинки, галька)	0?06</	0.05 d
Скальный (валуны, оцементнрованные поро­ды песчаники, известняки и др.)	0,07 d	0,06 d

При движении на прямом курсе (на прямолинейных участках ка­нала) принимается 0_Д=О.

Для определения волнового запаса г₂в зависимости от чисел

Фруда Fr—/—г (рис. 10.5) по графикам (рис. 10.0) находится

1а*-

отношение (/i_3%—высота волны с 3 %-ной обеспеченностью).

На графиках нанесены кривые для курсовых углов волнения от 0 до

100Л₃₀,

90 , а по оси абсцисс берется отношение —~

Пример. Судно следует со скоростью V—12 уз, h £*= 100 м, курсовой

угол волнения <7*90°.

Определить волновой запас z₂. По графику (рис 10.5) получаем число Fr=»0,2.

По графику (рис. 10.6) получаем д «0,3, т. е. 0,9 м

Скоростной запас г₃ определяется методом последовательных приближений (рис. 10.7). Сначала г'_г принимается равным 0,35 м. и по номограмме выбирается величи­на 2з, которая подставляется в Zzj-з вместо 0,35 м, и вычисления повторяются. Как правило, действия ограничиваются двумя первыми подстановками.

График (рис. 10.8) уточняет величину скоростного запаса для, судна, движуще-

А к

гося в каналах неполного профиля. Здесь -д~ — отношение площади^ сечения условно­го канала полного профиля, полученного путем продолжения откосов до уровня воды, к площади погруженного миделевого сечения судна. Выбранный из графика коэффи­циент k_x умножается на гз.

По номограмме (рис. 10.7) определяется только просадка кормой. При небольшой разнице в осадках носом и кормой поправочный коэффициент для определения просадки носа может быть

С. И. Деминым по этому выражению разработан график (рис. 10.9),

Таким образом, просадка носом Дd_H=C_HAd_K.

Изменение осадки (скоростную составляющую) крупнотоннажных судов с бульбом, имеющих коэффициент полноты подводной части кор­пуса судна 0,80^6^0,90, при плавании на мелководье с глубинами #= (1,1-т-1,5)4 рекомендуется выполнять по методу Национальной Физической Лаборатории (NPL), который разработан в Великобрита­нии в 1973 г.

Если дифферент судна находится в пределах от 1/100L_Pна корму до 1/500L,, на нос, то посадка носом и кормой может быть определена графически с помощью номограммы (рис. 10.10).

Для решения задачи необходимо знать скорость судна V(уз), длинуL(м), глубину моряИ(м) и дифферент.

Рис. 10.5. Определение числа Фруда по длине L и скорости V

1 г 3 4 WOhf/L

Из точки значения скорости иа оси абсцисс проводят вверх верти­кальную линию до пересечения с линией глубины. От полученной точ­ки проводят горизонтальную линию до пересечения с кривыми диф-

<7=i	)(fTS(KJ5) \	•>0(120)
		№ Л	M 15 po) m	\ Ш)

12 3 4 IOOhf/1

►

Рис. 10.6. Определение волнового запаса при различных курсовых углах волнения q и числах Фруда

ферента. Из точек пересечения опускают перпендикуляры до их пере­сечения с линией длины судна. Значения величин Дd_HиAd*находят на шкалеAd(м).

Рекомендации сохранять запас глубины под килем при мягких грунтах не менее 0,3 м, а при плотных — не менее 0,4 м могут быть приемлемы только на хорошо обследованных подходных каналах и при условии, что скорость будет уменьшена насколько возможно, а ма­неврирование для расхождения с другими судами сведено к минимуму.

3. Гидродинамическое взаимодействие судов

Одной из опаснейших навигационных ситуаций является расхож­дение судов на небольших траверзных расстояниях. В этом случае на их корпусы могут воздействовать дополнительные внешние силы, обусловленные гидродинамическим воздействием корпусов. В резуль­тате действия этих сил суда могут терять управляемость и может воз­никать аварийная ситуация, происходить столкновения судов.

Морская практика зарегистрировала достаточно большое коли­чество столкновении, которые произошли в результате гидродинамиче­ского взаимодействия судовых корпусов.

В зависимости от сочетания различных факторов и взаимного по­ложения судов возникающие при гидродинамическом контакте на кор­пусах судов поперечные силы У_ги моментыМ_тмогут менять свой знак и может происходить не только «притяжение», но и «расталкивание» судов. Поперечная силаY_rположительна по знаку, если она направ­лена в сторону борта встречного или обгоняемого судна. Момент за- рыскиванияМ_гсчитается положительным по знаку, если он стремится

развернуть носовую оконечность рассматриваемого судна в сторону борта встречного или обгоняемого судна.

■Физическая сущность явления гидродинамического взаимодейст­вия двух судовых корпусов (рис. 10.11) принципиально, может быть изложена следующим образом.

Из гидромеханики известно, что в идеальной жидкости вдоль ли- иип потока выполняется закон сохранения энергии, который записы- вается в виде уравнения Бернулли,

OV²

р-|-———const, (10.17)

где р —давление в произвольной точке линии тока, Па; р — плотность воды, т/м³.

Предположим, что два одинаковых судна движутся в идеальной (невязкой) жидкости параллельно с одинаковой скоростью при рас­стоянии между бортами (см. рис. 10.11). Этот случай равносилен гид­ромеханически случаю обращенного движения, когда оба судна не­подвижны, а на них набегает однородный поток жидкости, имеющий на бесконечном удалении от судов скорость и₀.

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

(10.18)

(10.19)

19. (10.21)

*Рв~' Р ■

’

Рс -и»

2#

(м?—«£)•

2*

Р в—Ро —' Для линии тока АС:

и Г

Ро -Ьр

Р_С — Ро ~

Ро 4- Р

2 8

Поскольку корпус судна обладает определенными размерами, а жидкость неразрывна, то скорости частиц жидкости в точке Свблизи борта судна будут больше, чем в точкеАна удалении от судна. Таким образом, в точке С давление будет понижено по сравнению с давлени­ем на удалении от судна, т. е. возникает разрежение.

В точке потока В, расположенной на стороне борта судна, обра­щенного к судну-партнеру2_%поток жидкости имеет скорость мд. ко­торая больше скоростии_с,поскольку между корпусами судов поток поднимается. Следовательно, разрежение со стороны борта, обращенно­го к судну-партнеру, будет еще большим. За счет (перепада давленияпа внешнем и внутреннем бортах на корпус судна будет действовать по­перечная гидродинамическая сила присасывания. В сДучае. еслг кор-

Рис. 10.11. Возникновение сил приса­сывания при обтекании двух судовых корпусов однородным потоком жид­кости: и»>ис>пш

пус судна обладает заметной несимметрией относительно миделя, то поперечная сила присасывания У_гможет быть приложена на некото­ром отстоянии от центра тяжести, так что на корпус судна будет дей­ствовать момент зарыскиванияМ_гопределенного знака.

Качественная картина гидродинамического взаимодействия двух одинаковых судов при обгоне (рис. 10.12, а)следующая. Из судовой гидромеханики известно, что при движении судна давление в его но­совой оконечности повышено (на рисунке помечено двумя знаками «+») по сравнению с давлением в кормовой оконечности (один «+»). В средней части давление понижено (два знака «—>).

При подходе носовой оконечности обгоняющего судна 1к корме обгоняемого судна2за счет разности давлений в оконечностях судов на обгоняющее судно1действует поперечная сила присасывания, ко­торая создает гидродинамический момент, стремящийся развернуть нос обгоняющего судна в сторону обгоняемого судна. На обгоняемое судно в этот момент действует также сила присасывания, которая приложе­на к корме и стремится развернуть корму обгоняемого судна2в сто­рону борта обгоняющего судна У.

После того как мидель обгоняющего судна проходит траверз ми­деля обгоняемого судна (рис. 10.12, 6), направление действия момен­тов на суда изменяется, а направление поперечных сил сохраняется.

При встречном движении (рис. 10.13) в начальный момент при выходе носовых оконечностей иа общий траверз зоны повышенного давления обоих судов взаимодействуют одна с другой (рис. 10.13,а), в результате чего на суда действуют поперечные расталкивающие си­лы К_г<0 и моменты зарыскивания, стремящиеся отбросить носовые оконечности судов друг от друга, т. е. М_г<0. По мере дальнейшего сближения судов (рис. 10.13,б)носовая зона повышенного давления: судна1взаимодействует с зоной пониженного давления средней части корпуса судна2.В результате на суда действуют силы присасывания У_г>0 и моменты зарыскивания М_г>0, стремящиеся развернуть сул? носовыми оконечностями в сторону друг друга. После того как мидель

а)+)+ - -+5)/ ++ —+6)++ —-