ВВЕДЕНИЕ

Плавание на мелководье является одним из наиболее сложных условий, в которых оказывается судно в процессе эксплуатации. И сложность ситуации заключается не только в том, что малый запас воды под килем в данных условиях представляет собой реальную навигационную опасность, но и в том, что поведение судна на мелководье существенно отличается от поведения на глубокой воде.

К основным отличительным особенностям поведения судна на мелководье можно отнести ухудшение управляемости, увеличение тормозного пути, дополнительное проседание с изменением посадки и падение скорости при тех же энергетических затратах.

Еще более сложным управление судном становится при плавании на мелководье с ограниченной акваторией (проливы, каналы), где на поведение судна влияют как берега, так и другие суда.

Незнание или пренебрежение особенностями поведения судна на мелководье нередко приводит к аварии.

1. ВЛИЯНИЕ МЕЛКОВОДЬЯ НА ДВИЖУЩЕЕСЯ СУДНО

Понятие “ мелководье ” относительно. Влияние мелководья на поведение судна зависит не только от глубины моря, но и от габаритов судна и его скорости. Существуют различные эмпирические формулы для определения глубины, с которой начинает сказываться мелководье. Согласно одной из формул [1] влияние мелководья на поведение судна наблюдается на глубинах:

Другим критерием оценки влияния мелководья, связанным с изменением картины волнообразования, является “число Фруда” по глубине:

1.1. СКОРОСТНОЕ ПРОСЕДАНИЕ

Термин “ скоростное проседание ” обозначает разность между глубинами под килем движущегося судна и судна, не имеющего хода относительно воды.

Причиной скоростного проседания судна является следующий физический процесс, происходящий вокруг движущегося судна.

При рассмотрении движения судна относительно воды можно в равной степени говорить о движении воды относительно судна. Таким образом, частицы воды, встречающие на своем пути корпус судна, вынуждены его огибать вдоль бортов и днища (рис.1).

Поскольку вода обладает свойством неразрывности, то вытесняемые в стороны частицы воды, двигаясь по криволинейной траектории, за то же самое время должны пройти больший путь чем частицы, движущиеся по прямой. Следовательно, скорость частиц, огибающих судно, выше скорости частиц, движущихся по прямой. Кроме того, эти частицы, находившиеся в состоянии покоя относительно грунта, образуют поток, движущийся относительно грунта в направлении, встречном направлению движения судна.

Зависимость между скоростью потока жидкости и давлением жидкости на данном участке описывается уравнением Бернулли:

Из выражения (3) видно, что если на каком либо участке скорость движения жидкости увеличивается, то для сохранения равенства должно понизиться давление.

Следовательно, во время движения судна, чтобы выражение (3) сохранялось, вокруг судна происходит падение давления, а следовательно, и уровня воды (рис.2).

Это и является причиной скоростного проседания судна. Из выражения (3) видно, что чем больше скорость потока, движущегося вдоль корпуса судна, тем больше падает давление, и тем значительнее проседание судна.

Поле вызванных скоростей не симметрично относительно миделя, следовательно, не симметрично и поле давления воды вдоль движущегося судна (рис.2). В носовой части формируется поле повышенного давления за счет лобового сопротивления формы корпуса, замедляющего набегающий поток. В кормовой части замедление потока, огибающего судно, (а следовательно, и повышение давления) происходит за счет влияния “попутного потока”, движущегося вместе с судном. Однако, работа винта, создающего дополнительное разряжение воды у кормовой оконечности, существенно влияет на результирующую величину поля давлений.

Участки повышенного давления в носовой и кормовой оконечностях имеют разную природу и разные величины, зависящие от многих параметров погруженной части корпуса. Несимметричность поля давления вдоль корпуса приводит к тому, что скоростное проседание происходит с изменением дифферента судна. Для большинства судов, имеющих обычную конфигурацию корпуса (без носового бульба), характерно проседание с дифферентом на корму.

Скоростное проседание с дифферентом на нос характерно для крупнотоннажных судов. Результаты натурных испытаний показывают, что у судов с коэффициентом общей полноты С в > 0.8 проседание носовой оконечностью больше, чем кормовой.

При выходе судна на мелководье скоростное проседание увеличивается в сравнении с проседанием на глубокой воде. Причин тому несколько. Одной из причин является меняющаяся картина волнообразования (рис.3). В общем случае движущееся судно образует две системы волн: поперечную, распространяющуюся перпендикулярно диаметральной плоскости судна, и систему волн, образующую сектор (рис.3, а).

Другой причиной дополнительного проседания судна на мелководье является малый запас воды под килем. Как уже говорилось, частицы воды, огибающие корпус, движутся с большей скоростью, образуя поле вызванных скоростей (встречный поток). Если поле вызванных скоростей достигает грунта, то там возникает пограничный слой, где силы трения притормаживают встречный поток воды (рис. 4).

Но для того, чтобы то же количество воды успевало проходить под днищем, скорость потока увеличивается. А увеличение скорости потока под днищем приводит к дополнительному падению давления в этом районе, что и приводит к дополнительному проседанию корпуса.

При движении судна на мелководье с ограниченной акваторией (в узкости) на поле вызванных скоростей оказывают влияние не только дно, но и стенки канала. В результате этого воздействия перепады поля давлений вокруг судна имеют большую амплитуду, чем в условиях неограниченной акватории. Дополнительное падение давления приводит к дополнительному проседанию.

Для расчета скоростного проседания судна на мелководье существует целый ряд эмпирических формул, дающих порой существенно отличающиеся результаты. Рассмотрим лишь некоторые из этих формул.

1.1.1. Формулы института гидрологии и гидротехники АН СССР для среднетоннажных судов (формулы Г.И.Сухомела)

Проседание средней части судна находится из выражения:

Источник

Влияние мелководья на движущееся судно.

Влияние мелководья и близости берега. При движении судна по мелководью наблюдается увеличе­ние его осадки, что создает опасность удара корпуса о грунт. Явление приращения осадки судна при его движении называется просадкой, или динамической посадкой.

Основная причина возникновения просадки — уменьшение гидродина­мических сил поддержания корпуса судна на мелководье вследствие увеличения скорости протекания потока воды между днищем судна и грунтом. Чем меньше расстояние от днища судна до дна и чем больше скорость судна, тем больше скорость протекания воды под корпусом и просадка (рис. 47). При малом запасе воды под днищем, т. е. когда (ЯIТ) на с_критической скоростью (v= = gff ) возможно не только каса­ние грунта, но и кратковременное присасывание небольших судов ко дну.

Предположим, что при движении судна по глубокой воде (на рис. 47 положение I) поток встречной воды протекает под днищем корпуса со скоростью vq. При этом гидродина­мическая сила поддержания судна Ро равномерно действует по всей площади днища и обеспечивает плавучесть судна с одинаковой

Рис. 47. Схема образования просадки судна

осадкой носовой части и кормы (Тко==Т„д). Когда судно начинает входить на мелководье (положение II), сопротивление воды в носовой части возрастает, а скорость протека­ния встречного потока под днищем и\ увеличивается (u\>Vo>. Вследствие этого гидродинамическая сила под­держания корпуса Р\ уменьшается и вызывает образование дифферента судна на корму (Тк1>Гн, ). При дальнейшем уменьшении запаса во­ды под корпусом движение судна (в положение III) сопровождается увеличением скорости протекания воды под днищем (vv\) и умень­шением сил поддержания (P2

Тк, ) и судно получает некоторое общее прираще­ние осадки.

Дальнейшее движение судна в условиях минимальных глубин (по­ложение IV) и с высокой скоростью характеризуется увеличением общего сопротивления воды движению судна R, образованием большой придонной волны у его кормы и максимальной общей просадкой судна. В этом случае общая осадка судна по миделю Тсрз значительно превышает осадку судна при движении по глубокой воде Терц.

Просадка Д Т зависит от соотно­шения скорости и, осадки Т судна и глубины судового хода Н, а также от обводов корпуса судна. Она может быть определена методом натур­ных испытаний или расчетом.

Приращение осадки кормы судна ДТк, м, при движении на мелководье определяют по формуле П. Н. Шанчу-рова:

где k — коэффициент [принимаемый при 5 2 ;

Н — глубина судового хода, м.

При отношении (НIТ)- \, 4 общее приращение осадки, м, удобно опре­делять по формуле Г. И. Сухомела и В. М. Засса:

где m — коэффициент, зависящий от отно­шения длины судна L к ширине его корпуса В;

v — скорость судна, кмIч.

Значения отношения LIB и соот­ветствующие им значения коэффици­ента m следующие: 3, 5 и 0, 0038;

4 и 0, 0029; 5 и 0, 0023; 6 и 0, 0020;

7 и 0, 0016; 8 и 0, 00145; 9 и 0, 00126.

Мелководье, неровности дна, бли­зость берега или откоса канала значительно ухудшают устойчивость судна на курсе, вызывают рыскли­вость и потерю скорости. Рыскли­вость судна на мелководье возникает из-за неравномерности давления гидродинамических сил на подвод­ную часть корпуса. Вследствие разности давлений со стороны левого и правого бортов судно произвольно отклоняется (отрыскивает) носовой частью в сторону меньшего сопро­тивления воды, т. е. в сторону глубокого места. Кроме того, движе­ние но мелководью происходит при малом запасе воды под днищем судна и сопровождается возникновением так называемой придонной волны, которая увеличивает скорость попут­ного потока и снижает действие руля.

Дата добавления: 2015-05-28 ; просмотров: 2939 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Просадка судна при плавании на мелководье ( скоросное проселание)

Образование одиночной поперечной волны понижает уровень поверхности воды у бортов судна, что вызывает опускание корпуса относительно уровня спокойной воды и увеличение дифферента. Это явление называется просадкой.

Для большинства судов, имеющих обычную конфигурацию корпуса (без носового бульба), характерно проседание с дифферентом на корму. Скоростное проседание с дифферентом на нос характерно для крупнотоннажных судов. Результаты натурных испытаний показывают, что у судов с коэффициентом общей полноты Св ≥0.8 проседание носовой оконечностью больше, чем кормовой.

Влияние мелководья на управляемость крупнотоннажного судна

Минимальная глубина, необходимая для безопасного плавания судна на мелководье (Нбез), определяется следующим выражением:

Нбез = dк + Δdк + Δdв+ Δdкр + Z, м

где dк – осадка судна кормой, м; Δdк – просадка кормы судна, м;

Δdк = αΔdср, м;

α – коэффициент, зависящий от соотношения длины и ширины судна; Δdср – средняя осадка судна;

Δdв – увеличение осадки на волнении, м;

Δdв = 0,6 hв, м;

hв – высота волны, м; Δdкр – увеличение осадки от крена судна, м; Z – запас воды под килем, который должен составлять не менее 1 м.

Увеличение осадки судна при крене

Крупнотоннажные суда, имеющие полнообводные формы корпуса (Св > 0.8), при движении на мелководье проседают больше носом, чем кормой. Для определения скоростного проседания таких судов можно воспользоваться номограммой NPL (National Phisical Laboratory).

Таблица для определения увеличения осадки судна от угла крена

Номограмма для определения просадки судна по методу NPL

Источник

Управление судном при плавании на мелководье и в узкости

Краткая характеристика узкостей и мелководья

Плавание в узкостях и на мелководье является одним из наиболее сложных условий, в которых оказывается судно в процессе эксплуатации. И сложность си­туации заключается не только в том, что малый запас воды под килем в данных ус­ловиях представляет собой реальную навигационную опасность, но и в том, что поведение судна на мелководье существенно отличается от поведения на глубокой воде. К основным отличительным особенностям поведения судна на мелководье можно отнести:

Понятие узкости определяется соотношением между маневренными харак­теристиками судна и шириной водного пространства, в пределах которого судно может безопасно следовать при существующих средствах навигационного обеспе­чения. С точки зрения ширины акватории делятся на открытые, закрытые аквато­рии и каналы.

Открытые акватории делят на глубокие, мелкие и углубленные морские пу­ти. Открытой и глубокой акваторией называется такая акватория, на которой дно и берега не оказывают влияния на маневренные качества судна. Ширина открытой акватории определяется диаметром циркуляции. Принято, что для выполнения са­мостоятельной циркуляции на акватории, где нет ветра и течения, необходимы размеры акватории

Эта зависимость действительна для всех судов, так как коэффициент k явля­ется наибольшим коэффициентом из используемых для определения нормального диаметра циркуляции.

Мелководье – водное пространство либо фарватер, глубина которого ока­зывает влияние на сопротивление воды движению судна и изменяет тем самым условия плавания судна по сравнению с плаванием его на глубине. Наиболее слож­ным является управление судном при плавании на мелководье с ограниченной ак­ваторией (проливы, каналы), где на поведение судна влияют как берега, так и дру­гие суда.

Судоходный канал — искусственно проложенный водный путь, осна­щенный современными средствами навигационного оборудования, обеспечиваю­щими безопасность плавания судов. Плавание по каналам сочетает условия узкости и мелководья. Основными элементами судоходного канала являются глубина, навигационная ширина и площадь поперечного сечения.

Сущность явлений, возникающих при движении судна в узкости и на мелководье

Сопротивление воды движению судна складывается из трех составляющих:

Сопротивление трения зависит от площади смоченной поверхности корпуса и его шероховатости. Сопротивление формы зависит от обводов корпуса. Волновое сопротивление связано по своей природе с образованием судовых волн, возникаю­щих при взаимодействии корпуса с окружающей его водой.

Судовые волны состоят из двух систем волн: у форштевня развивается носо­вая, у ахтерштевня — кормовая система волн. Каждая из них состоит из расходя­щихся и поперечных волн (рис. 2).

Рис. 2 Волнообразование на мелководье

Расходящиеся волны имеют короткий фронт и располагаются уступом. Кор­мовые расходящиеся волны меньше носовых и на глубокой воде едва заметны. По­перечные волны располагаются фронтом поперек судна и не выходят за пределы расходящихся волн. Их высота убывает от носа к корме. Носовая волна начинается гребнем, расположенным сразу за форштевнем. Первая кормовая волна всегда начинается впадиной, захватывающей кормовую оконечность. Поэтому в носовой части судна давление будет больше, чем в кормовой (рис. 3). За счет разницы этих давлений и образуется волновое сопротивление. С выходом судна на мелко­водье и уменьшением запаса воды под килем изменяется система образования су­довых волн, что сказывается на ходовых качествах судов, их осадке и управляемо­сти. При этом быстро начинает возрастать волновое сопротивление, скорость распространения волн с небольшой амплитудой имеет предел Vk – критическую ско­рость:

При малых значениях скорости судна характер роста волнового сопротивления на глубокой воде и на мелководье примерно одинаков. При дальнейшем увеличении скорости (Vс ≥ 10 узлов) характер волнообразования начинает изменяться. Эти изменения проявляются на глубинах менее 50 метров.

По мере увеличения скорости судна угол растворения расходящихся волн начинает увеличиваться, а поперечные волны растут по высоте и длине. При до­стижении критической скорости поперечные волны сливаются с расходящимися и под углом 90° к диаметральной плоскости образуется одиночная волна. Судно как бы толкает массы воды по ходу своего следования, сопротивление воды движению резко возрастает, скорость уменьшается на 20 – 30 %. Этот процесс протекает тем интенсивнее, чем меньше глубина, что объясняется увеличением сопротивления трения из-за уменьшения расстояния между корпусом судна и грунтом.

Мощная поперечная волна, образующаяся при достижении судном скорости, близкой к критической, не подчиняется теории волн относительно малой амплиту­ды, и скорость ее дальнейшего движения уже не зависит от скорости судна. Эта волна (спутная волна) может самостоятельно перемещаться на очень большие расстояния со скоростью, при которой она образовалась.

Просадка судна при плавании мелководье (скоростное проседание)

Образование одиночной поперечной волны понижает уровень поверхности воды у бортов судна, что вызывает опускание корпуса относительно уровня спо­койной воды и увеличение дифферента. Это явление называется просадкой.

При движении судна околокритическими скоростями просадка может дости­гать 5 – 7% от средней осадки. На малых глубинах величина просадки еще более увеличивается из-за присасывания корпуса судна к грунту.

Минимальная глубина, необходимая для безопасного плавания судна на мелководье (Н_без), определяется следующим выражением:

Для большинства судов, имеющих обычную конфигурацию корпуса (без носового бульба), характерно проседание с дифферентом на корму. Крупнотоннажные суда, имеющие полнообводные формы корпуса (Св > 0,7), при движении на мелководье проседают больше носом, чем кормой (рис. 5).

Рис. 4 Увеличение осадки от крена судна Рис. 5 Влияние мелководья на управляемость крупнотоннажного судна

Для определения скоростного проседания таких судов можно воспользоваться номограммой National Phisical Laboratory – NPL (рис.6).

Рис. 6 Номограмма для определения просадки судна по методу NPL

Рассчитать проседание корпуса судна (SQUAT) и запас воды под килем (UKC Стандартная процедура действий и анализа «UKC» ) при плавании судна в условиях OPEN и CONFINED WATER можно в соответствии с алгоритмом, приведенном в табл. 2.

Источник