Реферат: Плавание судна в узкостях и на мелководье

Плавание судна в узкостях и на мелководье


Василий И.Снопков

Россия, Санкт-Петербург

Март 21. 2009


1.1. Особенности плавания судна в узкостях
и на мелководье. Краткая характеристика
узкостей и мелководья

Согласно рекомендациям по организации штурманской службы на судах Минморфлота (РШС–89) под плаванием судна в особых условиях понимается плавание:

– в районе со стесненными условиями;

– при входе в порт и выходе из него;

– с лоцманом;

– в зоне действия системы УДС;

– при ограниченной видимости;

– в системе разделения движения судов.

До входа в зону с особыми условиями плавания вахтенная служба обязана выполнить мероприятия по подготовке судна. Приведенные ниже перечни таких мероприятий ни в коей мере не могут считаться исчерпывающими и не ограничивают капитана в его действиях, диктуемых конкретными условиями и обстоятельствами плавания.

При прохождении узкостей, плавании в условиях ограниченной видимости и в других особых условиях общими требованиями яв­ляются:

– личное присутствие капитана на мостике и руководство им всеми действиями вахтенной службы (капитан может оставить за себя старшего помощника только в случае необходимости);

– четкая расстановка вахты и членов экипажа, вызванных для ее усиления, распределение конкретных обязанностей между судово­дителями с целью своевременного обнаружения и исправления допу­щенных ошибок;

– при возникновении сомнения в правильности определения места, в зависимости от конкретной обстановки, уменьшение хода, вплоть до остановки, отдача якоря или даже разворот на обратный курс;

– заблаговременный переход на маневренный режим работы СЭУ с целью обеспечения возможности своевременного выполнения необ­ходимого маневра;

– заблаговременное снижение скорости или даже полная остановка движения, если действия другого судна непонятны.

^ Плавание в районах со стесненными условиями. Под районами со стесненными условиями обычно понимают акватории, где судно ограничено в маневре из-за близости берегов и других навигационных опасностей, недостаточных глубин, интенсивного судоходства. Стесненность условий зависит, следовательно, от размерений и скорости судна, а также от внешних факторов.

При плавании в районах со стесненными условиями усиливается наблюдение, в том числе и с помощью судовой РЛС, независимо от условий видимости. Наряду с обсервациями используются методы, позволяющие практически непрерывно контролировать место судна (траверзные дистанции, ограждающие изолинии и т. д.), учитываются колебания уровня моря и необходимый запас воды под килем судна, контролируются глубины и тенденции их изменения.

Вблизи берегов возможно появление малых судов (прогулочных, рыболовных, яхт, быстроходных катеров), следующих курсами, отличающимися от рекомендованных. В таких районах возможна установка нештатных буев и вех, имеющих специальное назначение и не упомянутых в навигационных источниках.

^ Плавание при подходе к порту и выходе из него. Подходы к порту и портовые акватории помимо того, что являются районами со стесненными условиями плавания, имеют еще и спе­цифические особенности. Обычно в этих районах действуют системы УДС. Как правило, на подходах к портам в местах схождения морских путей организуются системы разделения движения судов.

Плавание в портовых водах регламентируют отличные от МППСС–72 местные правила, которые следует заблаговременно изучить. При расхождении с небольшими судами необходимо учиты­вать возможность несоблюдения ими международных правил.

На подходах к порту возможны скопления стоящих на якоре, дрейфующих и перемещающихся с различной скоростью судов. В ноч­ное время следует учитывать помехи наблюдению от береговых огней, маскирующих объекты на воде.

При подходе к месту приема-сдачи лоцмана следует пред­усматривать действия на случай его задержки или невозможности высадки.

^ Плавание с лоцманом. Присутствие лоцмана на мостике не освобождает ни капитана, ни вахтенного помощника капитана от их прав и обязанностей по обеспечению безопасности плавания. При малейших сомнениях в действиях лоцмана капитан (вахтенный помощник) должен, если поз­воляет время, выяснить у лоцмана его намерения. На каждом участке плавания следует для себя уяснить, какая из команд лоцмана — поворот в сторону опасности, увеличение скорости сверх безопасной и т. д. — должна быть немедленно отменена, так как чаще всего лоцманские операции происходят в стесненных водах, когда на выяснение намерений лоцмана может не оказаться времени.

^ Плавание в зоне действия системы УДС. Заблаговременно, до подхода к зоне действия системы УДС, следует изучить правила плавания в зоне, которые помещены в обязательных постановлениях по порту, Извещениях мореплава­телям, в лоциях или на справочно-навигационных картах.

При необходимости и возможности используют две УКВ радио­станции: одну — для связи на дежурном 16-м канале, вторую — для связи на рабочем канале оператора системы УДС.

Плавание в зонах действия СУДС осуществляется в соответствии с МППСС–72, если местные правила не требуют иного. В случае нару­шения правил движения следует немедленно информировать о факте и причинах нарушения оператора СУДС.

Вход в зону разрешается оператором СУДС, который вправе давать указания судну о порядке и очередности движения, якорной стоянке и действиях для предотвращения непосредственной опасности. В свою очередь, капитан судна обязан репетовать указания поста, направленные непосредственно его судну, а в случае невозможности их выполнения — сообщать причины и дальнейшие намерения.

Следует помнить, что точность глазомерного определения боко­вого смещения судна с оси канала или фарватера с помощью береговой РЛС составляет 10–20 м, что обычно бывает достаточно для обес­печения безопасной проводки.

Опасность представляют малые суда, следующие без связи с оператором СУДС и зачастую остающиеся вне его контроля.

^ Плавание в системе разделения движения судов. При плавании в системах разделения движения судов следует постоянно принимать информацию береговой контрольной станции.

В таких районах обычно используют две УКВ радиостанции.

Если при плавании в системе разделения движения другое судно, по вашему мнению, следует не по своей стороне, необходимо перепроверить место своего судна и, даже если оно подтвердится, следовать дальше с повышенной осторожностью.

В случае нарушения правил немедленно информировать контрольную станцию о факте и причинах этого нарушения.

Для решения практических вопросов управления судном в особых условиях судоводителю необходимо знать теоретические основы поведения судна в узкостях и на мелководье.

Узкости и мелководья оказывают существенное влияние на судно в процессе его плавания в этих зонах, в частности, на:

– скорость хода;

– управляемость;

– инерционно-тормозные характеристики судна;

– просадку судна;

– гидродинамическое взаимодействие судов и т. д.

С точки зрения управления судном понятие узкости определяется соотношением между маневренными характеристиками судна (с учетом линейных размеров самого судна) и шириной водного пространства, в пределах которого судно может безопасно следовать при существующих средствах навигационного обеспечения.

С точки зрения ширины акватории делят 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. В морской мировой практике принимается, что для выпол­нения самостоятельной циркуляции на акватории, где нет ветра и течения, необходимы размеры акватории

, (1.1)

где b — ширина акватории, м;

L — длина судна, м;

k — коэффициент запаса, равный 8.

Эта зависимость действительна для всех плавединиц, так как коэффициент k, равный 8, является наибольшим коэффициентом из используемых для определения нормального диаметра циркуляции. Величина параметра ширины акватории соответствует минимальному диаметру тактической циркуляции.

Определение понятия мелководье можно представить следующим образом. Движущееся судно вызывает образование различных волн.

Частица воды в волновом движении на глубокой воде движется по круговой орбите. Радиус орбиты на поверхности равен амплитуде вол­ны, а на глубине Н радиус rН определяется формулой:

, (1.2)

где r0 — радиус орбиты частицы на поверхности воды, равный амплитуде волны, м;

е — основание натуральных логарифмов;

— волновое число ( — длина волны, м);

^ Н — глубина, отсчитываемая от поверхности воды, м.

Параметр e–kH называют коэффициентом затухания.

Известно, что если глубина воды меньше 0,5, то при движении судна необходимо принимать во внимание влияние дна. Уравнение, определяющее зависимость скорости волны от ее длины и глубины акватории,

, (1.3)

где с — скорость волны, м/с;

g — ускорение свободного падения, м/с2.

При Н   выражение и скорость распростране­ния волны на глубокой воде может быть определена по формуле:

, (1.4)

Согласно уравнению (1.3), при  = const скорость волны на мел­ководье меньше, чем на глубокой воде, поскольку частицы движутся не по круговой орбите, а по эллиптической. Скорость судна, равная максимальной скорости распространения волн, называется критической скоростью судна, а величина этой скорости может быть определена по уравнению (1.3) или приближенно для практических целей с по­мощью выражения

(1.5)

Судоходный канал — искусственно проложенный водный путь, ос­нащенный современными средствами навигационного оборудования, обеспечивающими безопасность плавания судов.

Судоходные каналы классифицируются по: назначению; способу устройства; наличию оградительных сооружений; пропускной способ­ности; размерам поперечного сечения и высот надводных переходов; длительности навигационного периода и характеру материковых грун­тов, составляющих ложе канала.

По назначению каналы подразделяют на соединительные и под­ходные; по способу устройства — на закрытые (шлюзованные) и от­крытые; по наличию искусственных оградительных сооружений — на огражденные и неогражденные.

По пропускной способности каналы классифицируются показате­лями проектного и фактического судооборота в обоих направлениях, выраженными количеством пропускаемых судов и их регистровым тоннажем. По размерам поперечного сечения и высотам надводных переходов (мосты, линии электропередач и др.) каналы классифици­руют по: максимально допустимой осадке пропускаемых судов; максималь­но допустимой высоте надводного габарита судов; режиму пропуска судов (каналы одностороннего или двустороннего движения). Каналы двустороннего движения могут иметь достаточную ширину либо по всей длине для расхождения встречных судов в любом пункте, либо иметь уширения в нескольких пунктах для ожидания пропуска встречных судов. В принципе движение в каналах в зависимости от размерений судов может быть в каждом конкретном случае и односторонним, и двусторонним.

По длительности навигационного периода каналы подразделяют­ся на незамерзающие с круглогодичным навигационным периодом и замерзающие с ограниченным навигационным периодом по ледовым условиям.

По характеру грунтов, составляющих ложе, каналы подразделя­ются на имеющие глинистое или суглинистое ложе, песчаное или су­песчаное ложе, илистое ложе, каменистое и скальное ложе.


^ 7.2. Влияние мелководья и стесненности
судового хода на скорость судна

Обычно для проведения ходовых или сдаточных испытаний, чтобы исключить влияние мелководья, выбирают полигон с глубиной, опре­деляемой выражением

, (1.6)

где d — осадка судна, м;

V — скорость судна, м/с;

g — ускорение свободного падения, м/с2.

При решении практических задач управления судном мелководьем можно считать, когда отношение глубины к осадке судна H/d < 2÷3. Для расчета скорости на мелководье может быть применена формула, полученная А. П. Смирновым,

, (1.7)

где Vм — скорость судна на мелководье, м/с;

V — скорость судна на глубокой воде, м/с;

kv — коэффициент пропорциональности (табл. 1.1);

k — коэффициент пропорциональности за полноту водоизмещения подводной части корпуса судна (табл. 1.2);

kB/d — коэффициент пропорциональности отношения ширины судна к осадке B/d (табл. 1.3).


^ Таблица 1.1

Значения коэффициента kv

H/d

Скорость V на глубокой воде, уз

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

3,5

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

0,99

0,99

0,99

0,98

0,98

0,98

0,97

3,0

1,00

0,99

0,98

0,98

0,98

0,97

0,97

0,96

0,96

0,96

0,95

0,94

2,5

0,99

0,98

0,98

0,96

0,95

0,95

0,94

0,94

0,93

0,93

0,92

0,92

2,0

0,98

0,97

0,97

0,95

0,94

0,93

0,92

0,90

0,90

0,89

0,88

0,88

1,5

0,96

0,94

0,92

0,91

0,89

0,88

0,87

0,86

0,86

0,85

0,84

0,84

1,3

0,95

0,93

0,91

0,89

0,88

0,86

0,85

0,84

0,83

0,83

0,82

0,82

1,25

0,94

0,92

0,91

0,89

0,87

0,86

0,85

0,84

0,83

0,82

0,82

0,81

1,10

0,94

0,91

0,89

0,88

0,86

0,85

0,83

0,83

0,82

0,82








^ Таблица 1.2

Значения коэффициента k



0,7–0,75

0,75–0,80

0,80–0,85

k

1

0,973

0,947


^ Таблица 1.3

Значения коэффициента kB/d

B/d

2,0

2,5

3,0

3,5

kB/d

1,026

1,0

0,973

0,947


Из анализа таблиц можно видеть, что падение скорости на мелко­водье может превышать 20 % по сравнению с глубокой водой. Данные таблиц получены в основном многочисленными натурными экспери­ментами. Практическое применение таблиц позволит судоводителям более обоснованно выбирать оптимальный курс судна с учетом глу­бин, более точно вести счисление судна, что в конечном счете повысит безопасность плавания. Эмпирическая формула (1.7) позволяет опре­делить величину изменения скорости на мелководье с погрешностью ±2–3 %. Натурные эксперименты показали, что режим работы дви­гателя на мелководье при поддержании постоянной частоты вращения винта является чрезвычайно тяжелым и нормальная эксплуатация двигателя не может быть обеспечена без снижения мощности двигателя с умень­шением глубин. На основании этого рекомендуется при плавании на мелководье при H/d < 3 всережимный регулятор двигателя отключать и переходить на постоянную подачу топлива во избежание перегрузки главного двигателя. Следует обратить внимание судоводителей, что на мелководье показания индукционного лага будут завышаться из-за увеличения скорости потока, обтекающего корпус судна.

Влияние мелководья начинает заметно сказываться при переходе за скорости, равные 0,6Vкp, когда высота и длина создающихся при движении судна поперечных волн начинают резко возрастать. По мере увеличения скорости увеличивается и угол, составляемый гребнями волн с ДП судна. При скорости V  0,75Vкp поперечные и расходящие­ся волны совмещаются в одну общую поперечную волну, достигающую наибольших размеров при скорости V = (0,9÷1,0) и имеющую вид поперечного вала, движущегося вместе с судном несколько впе­реди форштевня. В кормовой части судна несколько впереди ахтерштевня также создаются поперечные волны, которые распространяют­ся далеко по обе стороны от судна. Вместе с ростом волнообразования растет и сопротивление воды движению судна, перегружается двига­тель, возрастает расход топлива, повышается износ двигателя. Поэто­му увеличивать скорость судна до значений, больших 0,80Vкр, неце­лесообразно. Скорость судов в канале назначается в пределах 4–12 уз, однако она не должна превышать величины 0,9Vкр.


^ 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:

, (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 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

, (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 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/. Как видно из рис. 1.3, ^ Sв значимо только на предельном мелководье и больших скоростях. Практически во всем диапазоне Sв  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 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 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;

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

, (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;

Нх — 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 ^ 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.

, (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 (h3% — высота волны с 3%-й обеспеченностью). На графиках нанесены кривые для курсовых углов волнения от 0° до 90°, а по оси абсцисс берется отношение .





Рис. 1.5. Определение числа Фруда
по длине L и скорости V
Пример. Судно следует со скоростью V = 12 уз, h3% = 3 м;
L = 100 м, курсовой угол волнения q = 90°. Определить волновой запас z2.

По графику (рис. 1.5) получаем число Fr = 0,2. По графику (рис. 1.6) получаем , т. е. z2 = 0,9 м.

Скоростной запас z3 опреде­ля­ется методом последователь­ных приближений (рис. 7.7). Сначала z3 принимается равным 0,35 м и по номограмме выбирается величина z3, которая подставляется в вместо 0,35 м, и вычисления повторяются. Как правило, действия ограничиваются двумя первыми подстановками.

График (рис. 1.8) уточняет величину скоростного запаса для судна, движущегося в каналах неполного профиля. Здесь — отношение площади сечения условного канала полного профиля, полученного путем продолжения откосов до уровня воды, к площади погруженного миделевого сечения судна. Выбранный из графика коэффициент k1 умножается на z3.

По номограмме (рис. 1.7) определяется только просадка кормой.









Рис. 1.6. Определение волнового запаса
при различных курсовых углах волнения q
и числах Фруда
При небольшой разнице в осадках носом и кормой поправочный коэффициент для определения просадки носа может быть

, (1.16)


С. И. Деминым по этому выражению разработан график (рис. 1.9).

Таким образом, просадка носом .

Изменение осадки (скоростную составляющую) крупнотоннажных судов с бульбом, имеющих коэффициент полноты подводной части корпуса 0,80    0,90, при плавании на мелководье с глубинами Н = (1,11,5)d рекомендуется выполнять по методу Национальной Физической Лабо­ратории (NPL), который разработан в Великобритании.

Если дифферент судна находится в пределах от 1/100Lp на корму до 1/500Lp на нос, то посадка носом и кормой может быть определена графически с помощью номограммы (рис. 1.10).

Для решения задачи необходимо знать скорость судна V (уз), длину L (м), глубину моря Н (м) и дифферент.

Из точки значения скорости на оси абсцисс проводят вверх вертикальную линию до пересечения с линией глубины. От полученной точки проводят горизонтальную линию до пересечения с кривыми дифферента. Из точек пересечения опускают перпендикуляры до их пересечения с линией длины судна. Значения величин dн и dк находят на шкале d (м).

Рекомендации сохранять запас глубины под килем при мягких грунтах не менее 0,3 м, а при плотных — не менее 0,4 м могут быть приемлемы только на хорошо обследованных подходных каналах и при условии, что скорость будет уменьшена насколько возможно, а вероятность маневрирования для расхождения с другими судами сведено к минимуму.




Рис. 1.7. Определение скоростного запаса z3 на мелководье
по осадке судна d, числу Фруда и суммарному
навигационному запасу глубины



Рис. 1.9. Определение
коэффициента СН



Рис. 1.8. Определение поправочного коэффициента k1 для каналов неполного профиля по числу Fr и отношению


Рис. 1.10. Номограмма для определения просадки судна по методу NPL


1.5. Гидродинамическое взаимодействие судов

Одной из опаснейших навигационных ситуаций является расхож­дение судов на небольших траверзных расстояниях. В этом случае на их корпусы могут воздействовать дополнительные внешние силы, обусловленные гидродинамическим воздействием корпусов. В резуль­тате действия этих сил суда могут терять управляемость, и вследствие этого могут воз­никать аварийные ситуации, которые приведут к столкновению судов.

Морская практика зарегистрировала достаточно большое коли­чество столкновений, которые произошли в результате гидродинамиче­ского взаи­модействия судовых корпусов.

В зависимости от сочетания различных факторов и взаимного по­ложения судов возникающие при гидродинамическом контакте на кор­пусах судов поперечные силы Yг и моменты Мг могут менять свой знак и может происходить не только «притяжение», но и «расталкивание» судов. Поперечная сила Yг положительна по знаку, если она направ­лена в сторону борта встречного или обгоняемого судна. Момент зарыскивания Мг считается положительным по знаку, если он стремится развернуть носовую оконечность рассматриваемого судна в сторону борта встречного или обгоняемого судна.

Физическая сущность явления гидродинамического взаимодейст­вия двух судовых корпусов (рис. 1.11) принципиально может быть изложена следующим образом.

Из гидромеханики известно, что в идеальной жидкости вдоль ли­нии потока действует закон сохранения энергии, который записы­вается в виде уравнения Бернулли,

, (1.17)

где р — давление в произвольной точке линии тока, Па;

 — плотность воды, т/м3.





Рис. 1.11. Возникновение сил
присасывания при обтекании двух судовых корпусов
однородным потоком жидкости:

uВ > uС > u0
Пре