ПЛАВАНИЕ НА МЕЛКОВОДЬЕ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ КУРСАНТОВ МОРСКИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
СУЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ДВИЖЕНИИ СУДНА В УЗКОСТИ И НА МЕЛКОВОДЬЕ Глубокая вода при Остальное - мелководье Сопротивление воды движению судна складывается из трех составляющих: − сопротивления трения; − сопротивления формы; − волнового сопротивления. 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.
СУЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ДВИЖЕНИИ СУДНА В УЗКОСТИ И 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. 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. Объясняется это тем, что когда отношение глубины Н к длине волны λ мало, скорость распространения волн с небольшой амплитудой имеет предел V — критическую скорость. Судовые волны как раз и относятся к этой категории волн. Скорость их распространения не может превышать критической: Vк = √g. H , где g — ускорение свободного падения.
СУЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ДВИЖЕНИИ СУДНА В УЗКОСТИ И НА МЕЛКОВОДЬЕ Распределение давления воды вдоль корпуса судна
СУЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ДВИЖЕНИИ СУДНА В УЗКОСТИ И НА МЕЛКОВОДЬЕ 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. Образование волны у носовой оконечности судна
ПРОСАДКА СУДНА ПРИ ПЛАВАНИИ НА 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. 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. 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 (Нбез), определяется следующим выражением: Нбез = dк + ∆dв + ∆dкр + Z, где dк – осадка судна кормой, м; ∆dк – просадка кормы судна, м; ∆dк = α∆dср, м; α - коэффициент, зависящий от соотношения длины и ширины судна; ∆dср - средняя осадка судна; L/B α 3 -5 1, 5 - 1, 25 5 -7 1, 25 - 1, 1 7 -9 1, 1 ∆dв – увеличение осадки на волнении, м; ∆dв = 0, 6 hв, hв - высота волны, м; ∆dкр – увеличение осадки от крена судна, м; Z – запас воды под килем, который должен составлять не менее 1 м.
ПРОСАДКА СУДНА ПРИ ПЛАВАНИИ НА МЕЛКОВОДЬЕ (СКОРОСТНОЕ ПРОСЕДАНИЕ) Крупнотоннажные суда, имеющие полнообводные формы корпуса (Св > 0, 7), при движении на мелководье проседают больше носом, чем кормой. Для определения скоростного проседания таких судов можно воспользоваться номограммой National Phisical Laboratory – NPL или таблицей 5. 1. Увеличение осадки судна при крене Влияние мелководья на управляемость крупнотоннажного судна
ПРОСАДКА СУДНА ПРИ ПЛАВАНИИ НА МЕЛКОВОДЬЕ (СКОРОСТНОЕ ПРОСЕДАНИЕ) Номограмма для определения просадки судна по методу NPL
ПРОСАДКА СУДНА ПРИ ПЛАВАНИИ НА МЕЛКОВОДЬЕ (СКОРОСТНОЕ ПРОСЕДАНИЕ) Определение увеличения осадки судна от угла крена
УПРАВЛЯЕМОСТЬ И ИНЕРЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДНА НА МЕЛКОВОДЬЕ И В УЗКОСТИ Влияние мелководья на управляемость судна проявляется в следующем: − резко ухудшается устойчивость судна на курсе, повышается рыскливость; − ухудшается поворотливость судна, значительно уменьшаются углы дрейфа и соответственно увеличивается радиус циркуляции. Происходит это по следующим причинам. Как уже говорилось, движущееся судно имеет перепад давлений вдоль корпуса. В результате этого уровень воды в средней части пониженный, а в районе форштевня и ахтерштевня - повышенный. Перепад уровней воды в кормовой оконечности приводит к тому, что вода, перетекая от повышенного уровня к пониженному, образует попутный поток, скорость которого зависит от величины перепада уровней воды. При движении судна на мелководье перепад давлений (и как следствие ─ уровней воды) увеличивается по мере приближения скорости судна к ее критическому значению Vкр. Вращающий момент, создаваемый пером руля зависит от скорости набегающего потока. Увеличение скорости попутного потока при выходе судна на мелководье снижает скорость набегающего на перо руля потока и, как следствие, снижает эффективность рулевого устройства. Другим фактором, влияющим на управляемость, является то, что при выходе судна на мелководье для сохранения прежней скорости требуются большие энергетические затраты, чем на глубокой воде. Эта дополнительная энергия расходуется на то, что в процесс волнообразования вовлекаются дополнительные массы воды.
УПРАВЛЯЕМОСТЬ И ИНЕРЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДНА НА МЕЛКОВОДЬЕ И В УЗКОСТИ Влияние мелководья на радиус циркуляции Увеличение инерционности судна при падении эффективности пера руля приводит к ухудшению маневренных и тормозных характеристик судна. При одинаковой начальной скорости тормозной путь на мелководье и на глубокой воде отличаются незначительно. При движении судна в узкости наблюдаются те же явления в поведении судна, что и на мелководье с неограниченной акваторией, только проявляется все это в более резкой форме.
ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАСХОДЯЩИХСЯ СУДОВ При расхождении на небольших траверзных расстояниях двух судов возникает опасная навигационная ситуация. В этом случае возникают дополнительные внешние силы, обусловленные гидродинамическим воздействием корпусов. В результате суда могут потерять управляемость и может произойти их столкновение. В зависимости от сочетания различных факторов и взаимного положения судов может происходить как «притяжение» , так и «отталкивание» судов. При сближении судов на контркурсах под влиянием областей повышенного давления носовые оконечности будут отталкиваться. Когда форштевни разойдутся, массы воды устремятся в области пониженного давления, увлекая за собой носовые оконечности. Это наиболее опасный момент расхождения, и для предотвращения столкновений суда должны быть одержаны. Когда суда выходят на траверз друга, они начинают притягиваться. Далее все повторится в обратном порядке кормовые оконечности устремятся в области пониженного давления, а после расхождения оттолкнуться. Расхождение судов в узком канале
ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАСХОДЯЩИХСЯ СУДОВ Такой же процесс отталкивания и притягивания наблюдается при обгоне. Однако из-за более длительного взаимодействия гидродинамических полей опасность столкновения при обгоне выше. При движении на обгон происходит резкое увеличение просадки обоих судов. Для уменьшения явлений отталкивания и притягивания при расхождении скорость судов не должна превышать 0, 5 – 0, 6 от значений критической скорости, а расстояние между судами должно быть не менее тройной, а при обгоне шестикратной ширины меньшего по размеру судна. Гидродинамическое взаимодействие судов при обгоне
Использованная литература: 1. Г. Н. Шарлай, “Управление судном”. / Г. Н. Шарлай – Владивосток. : ДВМГУ, 2011 2. Снопков В. И. Управление судном. / В. И. Снопков - Санкт-Петербург. : АНО НПО Профессионал, 2004. -536 с Подготовил Доцент кафедры УС и БЖД на море ХГМА К. Д. П. , К. Т. Н. Товстокорый О. Н.
Скачать презентацию ПЛАВАНИЕ НА МЕЛКОВОДЬЕ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ КУРСАНТОВ МОРСКИХ
ПЛАВАНИЕ НА МЕЛКОВОДЬЕ.ppt