 |
Определение просадки, дифферента и запаса глубины под килем
|
|
|
|
УПРАВЛЕНИЕ СУДНОМ В УЗКОСТЯХ
Краткая характеристика узкостей, каналов и мелководья
Влияние мелководья на движение судна. Критическая скорость
Определение просадки, дифферента и запаса глубины под килем
Влияние мелководья на маневренные характеристики судна
Гидродинамическое взаимодействие между судами, судами и стенками канала
Особенности плавания и маневрирования в узкости
Краткая характеристика узкостей, каналов и мелководья
Правила плавания судна в узкостях, по каналам и фарватерам регламентируется правилом № 9 МППСС-72 «Плавание в узкостях», которое применяется при любых условиях видимости и относится как к судам с механическим двигателем, так и к парусным судам.
Узкость определяется соотношением между маневренными характеристиками судна и шириной водного пространства, доступного для плавания, независимо от его конфигурации и протяженности. Водные пространства по их ширине подразделяются на открытые и каналы. Открытые акватории подразделяются на глубокие, углубленные и мелководные.
Открытая акватория – дно и берега не оказывают влияние на маневренные характеристики судна.
Мелководная акватория – водное пространство, дно и берега которого оказывают существенное влияние на маневренные характеристики судна.
Судоходный канал – искусственно созданный водный путь, огражденный средствами навигационного обеспечения (СНО), обеспечивающими безопасность плавания судов. Каналы характеризуются несколькими признаками, по которым они могут классифицироваться назначением, пропускной способностью, размерами поперечного сечения и т. д.
Влияние мелководья на движение судна. Критическая скорость
|
|
|
Мелководье оказывает существенное влияние на маневренные характеристики судна: при неизменной мощности ГД скорость уменьшается, диаметр циркуляции и тормозной путь увеличиваются, посадка изменяется, проседание корпуса возрастает.
Влияние мелководья начинает проявляться при глубине:
H ≤ 4dcp + 3V2/g, [м]
где g – ускорение свободного падения, м/с2.
Наиболее сильно влияние мелководья сказывается при отношении H/dcp ≤ 2. Рекомендуется оставлять запас глубины под килем не менее 0,3 м – при мягких грунтах и не менее 0,4 м – при плотных. Эти рекомендации приемлемы только при плавании по хорошо исследованным районам и при минимальной скорости движения.
Степень влияния мелководья зависит от скорости судна, выраженной в относительном ее значении в виде числа Фруда, рассчитываемого по глубине:
При FrH<0,3 влияние мелководья на скорость хода и проседание корпуса практически несущественно при любых значениях H/d. Однако при этом возникают трудности в управлении судном.
Волнообразование, изменение посадки и другие явления на мелководье резко возрастают при FrH≥0,8. Они достигают максимальных значений при FrH=1, т. е. при наступлении так называемой «критической скорости»:
Обычные водоизмещающие суда эксплуатируются в докритической зоне, т. е. при FrH≤0,8(0,6), их скорость не должна приближаться к критической. Увеличение скорости за счет небольшого резерва мощности ГД положительного эффекта при приближении к Vкр не дает, а приводит лишь к избыточному расходу топлива, увеличению проседания и ухудшению устойчивости на курсе, повышению рыскливости.
Потерю скорости на мелководье при плавании в зоне докритических скоростей можно приблизительно рассчитать по эмпирической формуле Демина С.И.:
. [%]
Значение ΔV должно получаться со знаком «–», если «+», то ΔV считают равной «0».
Угол раствора волн, образуемых судном при плавании по мелководью увеличивается с возрастанием скорости движения и при Vкр составляет 90º с ДП судна. Поперечные и расходящиеся волны совмещаются в одну общую поперечную волну в форме вала, движущуюся вместе с судном впереди форштевня. В кормовой части судна впереди ахтерштевня также создается поперечная волна, но несколько меньшей высоты, т. е. возрастает сопротивление воды движению судна.
|
|
|
Определение просадки, дифферента и запаса глубины под килем
В условиях мелководья возникает существенное изменение посадки (просадки) судна. Аналитический метод расчета посадки судна на ходу был разработан Ю.Н.Поповым – изменение средней осадки и угла дифферента рассматривается как сумма двух составляющих, одна из них вызвана воздействием гидродинамической вертикальной силой (дифферентующего момента), другая – перераспределением из-за волнообразования погруженного объема, т. е.:
Δd = Δdд + Δdв,
D = ΔDд + ΔDв,
где Δd – изменение средней осадки на ходу, м;
D – изменение средней осадки на ходу, м;
Δdд – изменение средней осадки от дифферентующего момента, м;
Δdв – изменение средней осадки волнообразования, м;
ΔDд – изменение дифферента под действием дифферентующего момента, град.;
ΔDв – изменение дифферента от волнообразования, град.
Приращение осадки при движении по мелководью объясняется уменьшением гидростатического давления воды под днищем корпуса судна. Это уменьшение является следствием увеличения скорости обтекания днища водой из-за стесненности потока, из-за понижения уровня воды у бортов, а также условий волнообразования у движущегося судна. Вращающиеся гребные винты также оказывают влияние на просадку судна. Проседание средней части судна на мелководье для среднетоннажных судов:
Δd = (k2 – 1)Vc2/2g при Hгл/dcp ≤1,4;
Δd = (k2 – 1)Vc2/2g при 1,5 < Hгл/dcp <4,
где k – коэффициент, зависящий от отношения L/B.
Рассматривая просадку судна как понижение уровня поверхности воды, определяем ее по следующей формуле:
ΔH = U(2V2 + U)Vc2/2g, ΔH = H0 – Hx,
где U – скорость встречного потока воды, м/с;
V – скорость судна, м/с;
H0 – глубина, не возмущенная проходом судна, м;
Hx – глубина в момент прохода судна, измеренная посредине длины судна, м.
|
|
|
Определение запаса глубины под килем (клиренса) может быть рассчитано:
K = (Hн ± ΔHн) – (d – Δd + a) ≥ z0 + z1 + z2 + z3,
где Hн – навигационная глубина, м;
ΔHн – поправка глубины на отклонение уровня воды («+» – когда уровень воды выше ординара), м;
d – средняя осадка судна при ρ = 1025 кг/м3, м;
Δ d – поправка к осадке судна на соленость, м;
a – поправка на обледенение судна, м;
z0 – запас на крен судна (z0 = (В/2)sin(θ + θд), м;
z1 – минимальный навигационный запас, м;
z2 – волновой запас, м;
z3 – скоростной запас, м;
θ – угол крена от ветра, град.;
θд – динамический угол крена (на прямом курсе θд = 0), град.
Увеличение осадки на мелководье отдельно для носа и кормы рассчитывается по формуле:
Δd = 0,55сvcδ(H/d – 0,4)-2(H – d),
где сv – скоростной коэффициент (сv = B(V/V'кр)[(V/V'кр – 0,5)4 + 0,0625]);
cδ – коэффициент формы корпуса (cδк = 1, cδн = 90δ2В2/L2);
H – глубина, м;
d – осадка судна носом или кормой, м;
V – скорость судна, м/с;
V'кр – критическая скорость для мелководья, м/c
δ – коэффициент общей полноты.
Изменение осадки для судов с 0,8 ≤ δ ≤ 0,9 при плавании на мелководье с глубинами H = (1,1÷1,5)d рекомендуется выполнять по методу национальной физической лаборатории (NPL), который разработан в Великобритании в 1973 году (номограмма на рис. 10.10). Для решения задач по этому методу необходимо знать:
V – скорость судна, уз;
L┴ ┴ – длину судна между перпендикулярами, м;
Н – глубину моря, м;
D – дифферент судна (D = dн – dк), м.
|
|
|
