US_FINAL1_1

23) Потеря скорости на мелководье – формула Дёмина.

Потерю скорости на мелководье (в %) при плавании в зоне докритических скоростей можно приближенно рассчитать по эмпирической формуле Демина [6]:

(20)

Значение должно получаться со знаком “минус”, если же получается положительное значение, то потерю скорости считают равной нулю.

После преодоления судном критической скорости поперечные волны им больше не создаются, и остаются лишь расходящиеся волны, что приводит к существенному уменьшению волнового сопротивления.

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. Так академик А.Н.Крылов в книге “Мои воспоминания” описывает случай, когда спутной волной, образовавшейся в 6 милях от берега при прохождении над банкой миноносца “Новик” в 1912 году, был смыт с пристани 6-летний мальчик.

24) Обстоятельства, осложняющие маневрирование судов в районах с малыми глубинами: явление отталкивания и притягивания судна, причины возникновения.

25Критическая скорость на мелководье

Сопротивление воды движению судна условно делят на вязкостное и волновое. Влияние мелководья на скорость движения судна заключается в изменении как вязкостного, так и волнового сопротивлений. Увеличение вязкостного сопротивления на мелководье связано с изменением поля вызванных скоростей. В разделе 1.1 были вкратце описаны причины увеличения скорости потока воды, огибающей корпус судна при движении на мелководье и в канале. А рост скоростного потока, естественно, приводит к росту вязкостного сопротивления.

Рост вязкостного сопротивления сильно зависит от соотношения глубины и осадки судна, что наглядно отражено на графике (рис.8), полученном на основании материалов испытаний модели судна [ 2 ].

Рис.8

Здесь величина Rv / Rv оо - есть отношение вязкостных сопротивлений на мелководье и на глубокой воде соответственно.

Еще большее изменение при ограничении глубины претерпевает волновое сопротивление. Как уже упоминалось выше, движущееся судно создает вокруг себя систему поперечных волн и систему расходящихся волн в виде сектора. Из теории волн относительно малой амплитуды известно, что при равных скоростях распространения прогрессивных волн их длина l на мелкой воде больше, чем на глубокой.

Зависимость между длиной волны от ее скоростью определяется следующим выражением:

(17)

Предельной скоростью распространения волн данного типа в условиях мелководья является критическая скорость Vкр, соответствующая числу Фруда по глубине FrH » 1, м/с:

(18)

Из этого следует, что предельная длина волн данного типа на мелководье зависит от глубины:

(19)

Однако, скорость волн, создаваемых движущимся судном, зависит от скорости судна. И поскольку существует зависимость между длиной волны и ее скоростью, то задавая скорость расходящимся волнам судно тем самым задает им и длину.

Исходя из выражения (19) получается, что если глубина моря ограничивает предельную длину волн, то этим она задает предельно возможную скорость распространения волн.

По мере приближения скорости судна Vc к критическому значению Vкр (либо увеличение скорости судна, либо уменьшение глубины моря) длины расходящихся волн увеличиваются, что приводит к расширению волнового сектора (см. рис. 3, а). Расширяющийся сектор взволнованной поверхности требует все больших энергетических затрат на свое поддержание. И наконец, при Vc » Vкр , когда угол фронта расходящихся волн носовой и кормовой групп с диаметральной плоскостью судна близок к 90о, происходит сложение поперечных и расходящихся систем волн, образуются две мощные поперечные волны, которые как бы запирают судно.

Поскольку волны достигли предельной длины (и соответственно, предельной скорости) и двигаться быстрее уже не могут, то дальнейшее увеличение мощности, передаваемой на винт, приводит лишь к увеличению амплитуды этих волн, но не дает увеличения скорости судна. Для преодоления этого барьера двигатель должен развить такую мощность, которая бы на глубокой воде соответствовала скорости судна на 5-6 узлов больше, чем эта Vкр .

Потерю скорости на мелководье (в %) при плавании в зоне докритических скоростей можно приближенно рассчитать по эмпирической формуле Демина [6]:

(20)

Значение должно получаться со знаком “минус”, если же получается положительное значение, то потерю скорости считают равной нулю.

После преодоления судном критической скорости поперечные волны им больше не создаются, и остаются лишь расходящиеся волны, что приводит к существенному уменьшению волнового сопротивления. 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. Так академик А.Н.Крылов в книге “Мои воспоминания” описывает случай, когда спутной волной, образовавшейся в 6 милях от берега при прохождении над банкой миноносца “Новик” в 1912 году, был смыт с пристани 6-летний мальчик.

26радиус циркуляции на мелководье

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. Таким образом происходит увеличение кинетической энергии движущейся вместе с судном воды, а следовательно, и кинетической энергии системы “судно плюс присоединенные массы воды”. Увеличение инерционности судна при падении эффективности пера руля приводит к ухудшению маневренных и тормозных характеристик судна.

Увеличение радиуса установившейся циркуляции на мелководье можно приблизительно определить из выражения [9] :

(21)

где Rоо - радиус установившейся циркуляции на глубокой воде.

Конечно, выражение (21) имеет больше информативное значение, чем практическое, т.к. обычно требуется информация об эволюционном периоде циркуляции. Однако, оценив величину изменения радиуса установившейся циркуляции, можно приближенно оценить и степень изменения эволюционного участка циркуляции.

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.

27расчет выдвига циркуляции на мелководье

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 %.

28универсальный метод расчета проседания судна на мелководье

1.1.5. Универсальный метод Ремиша В [6] приводится метод Ремиша, который позволяет определять скоростное проседание при плавании на

мелководье и в канале. Этот метод учитывает основные параметры судна и может быть применен для судов с различными размерами и полнотой обводов.

Увеличение осадки на мелководье (в метрах) отдельно для носа и кормы рассчитывается по формуле

(10)

,

где d - осадка носом или кормой соответственно, м; Cd- коэффициент, зависящий от формы корпуса;

Сv - коэффициент, зависящий от скорости хода, рассчитываемый по формуле:

где V - скорость судна, м/с;

V’кр - критическая скорость для мелководья, м/с, определяемая из выражения:

(12)

Коэффициент Cd отдельно для носа и кормы определяется из следующих выражений:

(13)

,

где Св - коэффициент общей полноты судна.

При анализе (13) и (10) видно, что при Cd н > 1 проседание носа больше, чем кормой, а при Cdн < 1 - больше проседание кормы, чем носа.

Для расчета проседания судна в канале величину критической скорости V’кр, входящую в (11), следует рассчитывать по формуле:

(14)

,

в которой

(15)

,

где n - отношение площади поперечного сечения канала wк к площади погруженной части мидель-шпангоута wÄ:

(16)

29влияние ветра на судно при плавании в узкостях

Наличие ветра представляет для судна некоторую опасность как при подходе к узкости, так и в самой узкости. Суда с малой осадкой, большой парусностью и слабой машиной подвержены значительному сносу и поэтому при сильном ветре и волне проход узкости для них весьма затруднителен, а иногда и невозможен.

В таких случаях судно должно стать на якорь или, дрейфуя перед входом в узкость, ждать улучшения погоды. Иногда для улучшения мореходных качеств судна принимают в танки или трюмы балласт, при этом не следует забывать о влиянии дифферента и крена на управляемость судна.

Волнение моря, возникающее от воздействия ветра в узкостях, заливах, портах, усложняет удержание судна на курсе и в заданном расстоянии от окружающих опасностей.

30 увеличение осадки при углах крена

2.1.3. Увеличение осадки от крена

Наличие крена у судна увеличивает его осадку (рис.12)

Рис.12.

Величина крена зависит как от ширины судна, так и от угла крена. Поскольку подводная часть корпуса судна имеет сложную конфигурацию, и любое накренение нарушает симметрию погруженной части относительно диаметральной плоскости, то использование простых формул для расчета дополнительного проседания возможно лишь на небольших углах крена, когда эта несимметричность не приводит к существенным погрешностям.

В Наставлениях НШС-82 (НШСР-86) увеличение осадки судна при углах крена q < 10о рекомендуется определять (в метрах) из выражения:

(23)

Следует помнить, что отсутствие статического крена не дает основания пренебрегать этой величиной, т.к. у судна может в любой момент появиться динамический крен в результате воздействия ветра или волн.

Кроме того, динамический крен будет иметь место при маневрировании судна, что следует учитывать при движении по криволинейному фарватеру. В этом случае приближенный расчет дополнительного проседания от динамического крена можно произвести на основании того, что на установившейся циркуляции наступает равенство моментов кренящего Мкр и восстанавливающего Мв [4]:

где D - водоизмещение судна, кг;

Vц - скорость судна на циркуляции, м/с;

g - ускорение свободного падения, 9.81 м/с2; Rц - радиус циркуляции, м;

Zg = (Zm - ho ) - возвышение центра тяжести над основной плоскостью, м; Zm - возвышение метацентра над основной плоскостью, м;

ho - начальная метацентрическая высота, м.

Выразив угол q из (24) и подставив его в (23) можно получить формулу для приближенного вычисления ожидаемого приращения осадки от динамического крена, если известны: начальная метацентрическая высота, радиус кривизны фарватера и предстоящая скорость движения:

(25)

31гидродинамическое взаимодействие судов при обгоне в узкостях

Взаимодействие судов при обгоне схематически выглядит так:

I.Судно А приближается к судну Б. Когда носовая часть судна

Априблизится к корме судна Б, тогда за счет разности давлений в оконечностях нос судна А и корма судна Б будут сближаться.

II.В этом случае наблюдается боковое смещение судов или присасывание вследствие того, что гидродинамические силы сохраняют свое направление, а точки их приложения смещаются ближе к миделю.

III.Судно А кормовой частью приблизилось к носовой части судна Б, за счет разности давлений в оконечностях нос судна Б и

корма судна А будут стремиться сблизиться.

В целях безопасности расхождения судов на малых (траверзных) расстояниях рекомендуется снижать скорость движения, она должна быть не

более . Необходимо также иметь расстояние между бортами судов не менее 3В меньшего из судов (встречное расхождение) и 6В для обгона.

В каналах влияние сил отталкивания и присасывания особенно ощутимо, т. к. не только затрудняется перетекание воды под днищем, но и возникает дополнительное сопротивление со стороны обоих берегов свободному обтеканию водой судна.

При увеличении скорости движения судна до определенного предела наступает момент, когда вода не успевает обтекать корпус, отчего ее большие массы в виде волны идут впереди носовой части. Наступает эффект «насыщения». Скорость, при которой наступает этот эффект, называется критической скоростью плавания в канале Vкр, которая зависит от соотношения между площадью поперечного сечения канала и площадью поперечного сечения подводной части мидель-шпангоута:

, , где .

32 Взаимодействие судов при встречном расхождении

Морской практике известно значительное количество столкновений, которые произошли из-за гидродинамического взаимодействия между судами на малых (траверзных) расстояниях и при плавании в каналах. Маневрирование в каналах и узкостях подразделяется на:

•расхождение на встречных курсах;

•взаимодействие судов при обгоне;

•взаимодействие судов со стенками каналов.

Взаимодействие судов при встречном расхождении схематично выглядит следующим образом:

I. Под влиянием областей повышенного давления обоих судов их носовые части будут стремиться отклониться в разные стороны.

II. Самый опасный момент в ситуации – массы воды от носовых оконечностей устремляются к области пониженного давления и увлекают за собой носовые части обоих судов.

III. В этой ситуации в узком пространстве между бортами

скорость V воды увеличивается, давление будет меньше, чем со стороны наружных бортов. Суда будут стремиться сблизиться бортами.

IV. В этой ситуации кормовые части будут находиться напротив областей пониженного давления и будут стремиться друг к другу.

V. Повышенное давление в кормовых оконечностях обоих судов будет их взаимно отталкивать, стремясь отвести друг от друга.

Такое взаимодействие судов проявляется сильнее при расхождении судов на больших скоростях и на малых расстояниях между ними.

Большему влиянию подвергается меньшее из встречных судов.

33 . МППСС: а)огни и знаки, которое несёт судно, стеснённое своей осадкой; б) звуковые сигналы при подходе к повороту канала.

А)Правило 28 - Суда, стеснённые своей осадкой Судно, стеснённое своей осадкой, в дополнение к огням, предписанным Правилом 23 для судов с

механическим двигателем, может выставлять на наиболее видном месте три красных круговых огня, расположенные по вертикальной линии, или цилиндр.

Б) Правило 34 - Сигналы маневроуказания и предупреждения

e) Судно, приближающееся к изгибу или к другому такому участку прохода или фарватера, где другие суда могут быть не видны из-за наличия препятствий,, должно подавать один продолжительный звук. Любое приближающееся судно, находящееся в пределах слышимости за изгибом или препятствием, должно отвечать на такой сигнал одним продолжительным звуком.

34. Гидродинамическое притягивание – рекомендации по уменьшению влияния.

Движение судна в мелководном канале сопровождается теми же явлениями, что и на мелководье, но выраженными в более резкой форме. Из-за дополнительного стеснения фарватера интенсивность волнообразования, просадки и сопротивления движению нарастают быстрее, чем на неограниченном мелководном участке моря. Особенности движения судна в канале различаются в зависимости от скорости движения. При движении судна с докритической скоростью в сечении канала, стесненном корпусом, скорость течения жидкости между бортом судна и стенкой канала увеличивается, а уровень ее поверхности понижается. При смещении с оси канала обтекание корпуса становится несимметричным, скорость потока воды между бортом и ближайшей стенкой увеличивается и возникает поперечная сила, которая притягивает судно к ближайшей стенке.

Рис. 5.13. Эффект берега при плавании судна в канале

Явление притягивания особенно заметно при отходе судна от стенки канала. В начале движения винт, работающий вперед, интенсивно засасывает воду со стороны носовой части судна. Поскольку приток воды со стороны ближайшего к стенке борта затруднен, уровень воды между бортом и ближайшей стенкой понижается и возникает сила, притягивающая судно к стенке канала.

Более сложными являются взаимодействие корпуса и стенок канала при движении судна околокритическими скоростями. С началом образования одиночной волны изменяется профиль поверхности воды, обтекающей корпус. При смещении с оси канала со стороны ближайшей стенки в носовой части судна уровень поверхности воды повышается и возникает избыточное давление, отталкивающее скулу от ближайшей стенки. Одновременно ускоряется поток воды между бортом и ближайшей стенкой, достигая максимальной скорости в корме судна за счет винтовой струи, что приводит к понижению уровня воды, и корма судна стремится притянуться к ближайшей стенке.

Рис. 5.14. Взаимодействие корпуса судна и стенок канала

Для компенсации возникающего момента и удержания судна на прямом курсе в этом случае необходимы несимметричные, смещенные в сторону ближайшей стенки канала перекладки руля. Во время прохода мимо расширений или ответвлений канала, из-за нарушения симметричности обтекания корпуса, носовая оконечность судна будет уклоняться в сторону расширений или ответвлений. Если в это время в расширении стоит какое-либо судно, то это грозит навалом. Средство предупреждения – заранее переложить руль в сторону противоположную расширению.

35. Прямолинейное движение в узкости – волнообразование и его влияние на управляемость

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

36 . Поворот в узкости – силы, действующие на судно.

Выполнение поворота в узкости является наиболее ответственным моментом. Точка начала поворота должна быть нанесена на карту с учетом действия течения, радиуса циркуляции при определенной перекладке руля и фиксироваться методом обсервации.

При выполнении поворота на течении необходимо учитывать, что даже кратковременное положение судна под значительным углом относительно направления течения создает угрозу сноса его в сторону берега. Судно должно вписаться в поворот так, чтобы его диаметральная плоскость была параллельна близлежащему берегу.

При выполнении поворота следует избегать резкой перекладки руля в крайние положения: необходимо учитывать возможность заклинивания руля. На крутых поворотах можно ускорить поворот кратковременным увеличением скорости. Поэтому поворот всегда следует делать на умеренной скорости с тем, чтобы был резерв хода для улучшения поворотливости судна.

При отклонении по оси узкости, канала и при приближении к берегу сопротивление движению судна возрастает - возникает перечная сила, которая отталкивает носовую часть судна и притягивает кормовую к ближнему берегу, причем чем ближе судно будет находиться к одному из берегов, тем больше возмущение

воды и скорость потока между берегом и бортом судна и тем больше силы отталкивания и притяжения, что может привести к развороту .судна поперек узкости.

При движении судна с неработающими машинами эффект берега практически не ощутим. При работе машины ходом назад эффект берега противоположен — притягивается носовая часть судна, отталкивается — кормовая.