Плавание судна в узкостях и на мелководье
Вид материала | Документы |
- Краткий словарь терминов, используемых при морских перевозках, 195.9kb.
- Правила перевозки зерна Регистра допускают его транспортировку без выполнения каких-либо, 34.55kb.
- Особенности плавания судна во льдах. Общее положение, 44.54kb.
- Какие первичные и дополнительные действия осуществляет экипаж судна в случае аварийного, 72.44kb.
- Василий И. Снопков Россия, Санкт-Петербург Март 18. 2010 Управление судном в шторм,, 110.35kb.
- Курс и скорость судна при плавании в штормовых условиях зависит от мореходных качеств, 24.09kb.
- Аче международного свидетельства об охране судна либо выдаче временного международного, 177.83kb.
- Понятие о прочности корпуса судна, 7.93kb.
- А. З. Гсэ. Ф. 02. «Физическая культура: плавание», 127.08kb.
- Відомості Верховної Ради (ввр), 2003, №38, ст. 313 ) Розділ I загальні положення стаття, 604.31kb.
^ 1.3. Влияние мелководья и узкостей на управляемость и инерционно-тормозные характеристики судов
Практикой установлено, что на мелководье по сравнению с глубокой водой резко ухудшается устойчивость судна на курсе, повышается рыскливость; заметно ухудшается и поворотливость судов, кроме того, на мелководье резко уменьшаются углы дрейфа, угловая скорость поворота и соответственно увеличивается радиус установившейся циркуляции при одинаковых углах перекладки руля. Исследования показали, что ухудшение поворотливости на мелководье носит закономерный характер. Для определения
радиуса установившейся циркуляции на мелководье Rм может быть использована следующая зависимость:

где R — радиус установившейся циркуляции на глубокой воде, м.
Увеличение радиуса циркуляции, рассчитанное по формуле (7.8), приведено на рис. 1.1.
Отношение угловой скорости поворота на мелководье м к угловой скорости на глубокой воде оказалось весьма стабильным для судов различных типов (рис. 1.2).
Для определения среднеквадратической погрешности тактического диаметра циркуляции Dт и выдвига l1 В. И. Нестеренко провел широкомасштабный натурный эксперимент на среднетоннажном судне, 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. 1.2) для корректировки циркуляции на глубокой воде в условиях мелководья.
![]() | ![]() |
Рис. 1.1. Увеличение радиуса циркуляции на мелководье Rм по сравнению с радиусом циркуляции на глубокой воде R | Рис. 1.2. Влияние мелководья на величину относительной скорости поворота судна |
Для расчета выдвига l1 на мелководье можно применить зависимость

где ^ L — длина судна, м.
Расчеты показывают, что, например, для d/Н = 0,9 увеличение выдвига на мелководье по отношению к выдвигу на глубокой воде составляет 62 %, а при d/Н = 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 не только учитывать это при плавании в стесненных условиях, но и проверить эти параметры для своего судна.
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. Снижение падения 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. Эксперименты, проведенные на среднетоннажном судне, показали, что 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.

Рис. 1.3. Относительное
изменение выбега судна S(V)
на мелководье
Результаты моделирования, подтвержденные натурными наблюдениями, показывают, что выбег судна Sв при свободном торможении на мелководье всегда меньше, чем на глубокой воде. На рис. 1.3 приведены значения среднеквадратической погрешности Sв(V) = (Sв – Sвм)/ Sв в зависимости от соотношения глубины и осадки H/d и числа Фруда по глубине FrH = V/

При активном торможении на мелководье возможно как относительное сокращение тормозного пути, так и его увеличение по сравнению с той же начальной скоростью на глубокой воде. На рис. 1.4 приведены Sт, при активном торможении на предельном мелководье Н/Т = 1,25 в зависимости от FrH и соотношения между упором винта на задний ход и сопротивлением воды в начале торможения k = Рз.х. / Rн. При больших начальных скоростях, когда FrH 0,5 и k < 1÷1,2, тормозные пути сокращаются на 2–10 %. При торможении с малых начальных скоростей (Frн 0,4) реверсом при полном или среднем заднем ходе (k > 3) тормозные пути на предельном мелководье на 2–6 % больше, чем на глубокой воде. Однако абсолютное значение этого увеличения пренебрежимо мало и ниже точности экспериментального определения Sт.

Рис. 7.4. Относительное изменение
тормозного пути судна на мелководье
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 судна 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 lnVн при свободном торможении и пропорциональными

^ 1.4. Просадка судов при плавании на мелководье,
в 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 ограниченных по глубине акваториях.
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 том 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:

где d — изменение средней осадки судна на ходу, м;
— угол дифферента судна на ходу, град;
dд — изменение средней осадки судна от действия гидродинамической вертикальной силы, м;
д — изменения угла дифферента под действием гидродинамического дифферентующего момента, град;
dв, в — соответственно изменение средней осадки и угла дифферента из-за волнообразования.
Расчеты просадки судов на мелководье, если брать за основу выражения (7.10), 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 российские 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 во внимание, что величину давления р можно выразить высотой водяного столба над условным уровнем Н, уравнение Бернулли примет вид

где Н — глубина, м;
U — скорость потока воды, омывающего судно, называемая скоростью встречного потока, м/с;
g — ускорение свободного падения, м/с2.
При сравнительно малых докритических скоростях движения снижается роль собственного волнообразования судна, и, как указывалось выше, 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 Н).
Для этого случая можно написать

где ^ Н0 –– глубина в канале, не возмущенном проходом судна, м;
Нх — глубина в канале в момент прохода судна, измеренная посредине длины судна, м;
V — скорость судна, м/с.
После преобразования, обозначив


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

или

где ^ НН — навигационная глубина, м;
НН — поправка глубины на отклонение уровня воды (положительна, когда уровень выше ординара), м;
d — осадка (наибольшая) судна в воде стандартной плотности ( = 1025 кг/м3), м;
d — поправка осадки судна на соленость воды (табл. 1.4), м;
а — поправка на обледенение судна, м (учитывается в каждом конкретном случае);
z0 — запас на крен судна, м;
z1 — минимальный навигационный запас, м;
z2 — волновой запас, м;
z3 — скоростной запас, м.

где В — ширина судна, м;
— угол крена от ветра (табл. 7.5), град;
д — динамический угол крена (табл. 7.6), град.
^ Таблица 1.4
Поправка осадки судна на соленость воды
Плотность воды, кг/м3 | Соленость, ‰ | d, м | Плотность воды, кг/м3 | Соленость, ‰ | d, м |
1025 | 32 | 0,000d | 1010 | 13 | 0,012d |
1020 | 26 | 0,004d | 1005 | 7 | 0,016d |
1015 | 20 | 0,008d | 1000 | 0 | 0,020d |
Таблица 1.5
^ Угол крена от ветра (судно в грузу), град
Тип судна | Скорость расчетного ветра, м/с | ||||
9 | 13 | 16 | 19 | 22 | |
Универсальное, лихтеровоз, газовоз, паром | – | 1 | 1 | 1 | 2 |
Контейнеровоз | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Пассажирское | 1 | 3 | 4 | 6 | 8 |
^ Таблица 1.6
Динамический угол крена (судно в грузу), град
Тип судна | V, уз | ||||||||
4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 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 1.7
Минимальный навигационный запас z1, м
Вид грунта в слое 0,5 м | На входе в порты на входном и внешнем рейдах | На всех прочих участках внутренней акватории |
Ил | 0,04d | 0,03d |
Наносный плотный (заиленный, ракушка, гравий) | 0,05d | 0,04d |
^ Продолжение таблицы 1.7
Вид грунта в слое 0,5 м | На входе в порты на входном и внешнем рейдах | На всех прочих участках внутренней акватории |
Слежавшийся плотный (песок, глина, суспесь, суглинки, галька) | 0,06d | 0,05d |
Скальный (валуны, оцементированные породы – песчаники, известняк и др.) | 0,07d | 0,06d |
При движении на прямом курсе (на прямолинейных участках канала) принимается д = 0.
Для определения волнового запаса z2 в зависимости от чисел Фруда



