Плавание судна в узкостях и на мелководье

Вид материала

Документы

Содержание 1.3. Влияние мелководья и узкостей на управляемость и инерционно-тормозные характеристики судов L — длина судна, м. Расчеты показывают, что, например, для d Sв значимо только на предельном мелководье и больших скоростях. Практически во всем диапазоне S 1.4. Просадка судов при плавании на мелководье, в каналах и реках Н0 –– глубина в канале, не возмущенном проходом судна, м; Н Определение запаса воды под корпусом судна при плавании в каналах и на мелководье. НН — навигационная глубина, м; Н Таблица 1.4 Поправка осадки судна на соленость воды Угол крена от ветра (судно в грузу), град Таблица 1.6 Динамический угол крена (судно в грузу), град Таблица 1.7 Минимальный навигационный запас z1, м Продолжение таблицы 1.7

Подобный материал:

• 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 R_м может быть использована следующая зависимость:

, (1.8)

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 D_т 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

, (1.9)

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 S_в при свободном торможении на мелководье всегда меньше, чем на глубокой воде. На рис. 1.3 при­ведены значения среднеквадратической погрешности S_в(V) = (S_в – S_вм)/ S_в в зависимости от соотношения глубины и осадки H/d и числа Фруда по глубине Fr_H = V/. Как видно из рис. 1.3, ^ S_в значимо только на предельном мелководье и больших скоростях. Практически во всем диапазоне S_в  10 %, т. е. сопоставимо с точностью определения инерционно-тормозных характеристик согласно НШС.

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 S_т, при активном торможении на предельном мелководье Н/Т = 1,25 в зависимости от Fr_H и соотношения между упором винта на задний ход и сопротивлением воды в начале торможения k = Р_з.х. / R_н. При больших начальных скоростях, когда Fr_H  0,5 и k < 1÷1,2, тормозные пути сокращаются на 2–10 %. При торможении с малых начальных скоростей (Fr_н  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 S_т.




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 lnV_н при сво­бодном торможении и пропорциональными при активном тормо­жении и оцифровать горизонтальную шкалу в узлах, то имеется воз­можность практически использования линейной интерполяции S(V) для всех проме­жуточных значений начальных скоростей.


^ 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:

, (1.10)

где d — изменение средней осадки судна на ходу, м;

 — угол дифферента судна на ходу, град;

d_д — изменение средней осадки судна от действия гидродинамической вертикальной силы, м;

_д — изменения угла дифферента под действием гидродинамического дифферентующего момента, град;

d_в, _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

, (1.11)

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

, (1.12)

где ^ Н₀ –– глубина в канале, не возмущенном проходом судна, м;

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

V — скорость судна, м/с.

После преобразования, обозначив получаем величину понижения зеркальной поверхности воды (просадку судна):

. (1.13)

^ 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

, (1.14)

где ^ Н_Н — навигационная глубина, м;

Н_Н — 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.

, (1.15)

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 (рис. 1.5) по графикам (рис. 1.6) находится отношение (h_3% — высота волны с 3%-й обеспеченностью). На графиках нанесены кривые для курсовых углов волнения от 0° до 90°, а по оси абсцисс берется отношение .