Признаки мелководья

1. Изменяется характер вибрации судна. Вибрация приобретает ударный характер.

2. На корме появляется отчетливо выраженная спутная волна. При отношении глубины к осадке менее 1.5 и при значительной скорости судна гребни спутных волн начинают опрокидываться, что сопровождается характерным шумом.

3. Судно становится менее управляемым и слабее реагирует на перекладки руля. Устойчивость на курсе ухудшается.

4. Температура выхлопных газов резко повышается, что заставляет снизить обороты винта. Винт становится гидродинамически тяжелым для двигателя.

5. Заметно увеличивается осадка судна.

6. Скорость судна падает, Но, чтобы заметить это падение, нужно иметь абсолютный лаг. Относительный лаг уменьшение скорости на мелководье не покажет из-за изменения условий обтекания потоком воды датчика лага.

7. Эхолот, естественно, дает показания, соответствующие глубине, но для этого надо иметь эхолот включенным и, желательно, с автоматической сигнализацией на малую глубину.

12. Эффект волнообразования. Спутная волна.

Спутная волна, имеющая большую амплитуду, представляет серьезную опасность для сооружений, находящихся на низменном берегу. Поэтому задача судоводителя заключается в том, чтобы не допустить образования спутной волны. Академик А.Н.Крылов считал, что опасность появления спутной волны возникает при движении судна со скоростью 0.75 - 1.25 Vкр .

При движении судна в канале сопротивление воды существенно отличается от сопротивления на мелководье с неограниченной акваторией и зависит от соотношения площадей wк /wÄ (поперечного сечения канала wк и подводной части мидель-шпангоута wÄ ) . При этом увеличивается как вязкостное, так и волновое сопротивление. Причиной тому является ограниченность сечения канала, в результате чего скорость потока, обтекающего судно, увеличивается, а это приводит к росту вязкостного сопротивления. Увеличение скорости потока приводит к более резкому перепаду поля давлений вдоль судна, в результате чего образующиеся волны имеют более сильную амплитуду. А это, естественно, является причиной более высокого волнового сопротивления.

При движении судна в канале достижение критического значения скорости наступает раньше, чем на неограниченной акватории. Область критических скоростей в канале зависит от соотношения wк /wÄ , и если при плавании на мелководье с неограниченной акваторией судно может следовать, в общем случае, со скоростью до , то при движении в канале скорость не должна превышать .

В Наставлениях НШС-82 (НШСР-86) приводится таблица, которая определяет допустимую скорость судна, при которой не образуется спутная волна (для Нгл / d < 1.4 ; 6 < L/B < 9)

13. Эффект проседания.

14 Эффект гидродинамического взаимодействия:

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 потерять управляемость и может воз­никать аварийная ситуация, при которой происходят столкновения 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 У_г и моменты М_г могут менять свой знак и может происходить не только «притяжение», но и «расталкивание» судов. Поперечная сила Уг 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. 10.11) принципиально может быть изложена следующим образом.

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

,

где - давление в произвольной точке линии тока;

- плотность воды.

Предположим, что два одинаковых судна движутся в идеальной (невязкой) жидкости параллельно с одинаковой скоростью при рас­стоянии между бортами (см. рис. 10.11). Представим, что оба судна не­подвижны, а на них набегает однородный поток жидкости, имеющий на бесконечном удалении от судов скорость Vp.

Применим уравнение Бернулли к линиям потока жидкости, обте­кающим корпус рассматриваемого судна 1. Для линии тока АВ:

Поскольку корпус судна обладает определенными размерами, а жидкость неразрывна, то скорости частиц жидкости в точке С вблизи борта судна будут больше, чем в точке Л на удалении от судна. Таким образом, в точке С давление будет понижено по сравнению с давлени­ем на удалении от судна, т.е. возникает разрежение.

В точке потока В, расположенной на стороне борта судна, обра­щенного к судну-партнеру 2, поток жидкости имеет скорость ив, ко­торая больше скорости Uc, поскольку между корпусами судов поток поднимается. Следовательно, разрежение со стороны борта, обращенно­го к судну-партнеру, будет еще большим. За счет (перепада давления ^? внешнем и внутреннем боргах на корпус судна будет действовать по­перечная гидродинамическая сила присасывания.

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

В случае, если корпус судна обладает заметной несимметрией относительно миделя, то поперечная сила присасывания Уг может быть приложена на некото­ром отстоянии от центра тяжести, так что на корпус судна будет дей­ствовать момент зарыскивания Мг определенного знака.

Качественная картина гидродинамического взаимодействия двух одинаковых судов при обгоне (рис. 10.12, а) следующая. Из судовой гидромеханики известно, что при движении судна давление в его но­совой оконечности повышено (на рисунке помечено двумя знаками «4-») по сравнению с давлением в кормовой оконечности (один «+»). В средней части давление понижено (два знака «—»).

При подходе носовой оконечности обгоняющего судна / к корме обгоняемого судна 2 за счет разности давлений в оконечностях судов на обгоняющее судно 1 действует поперечная сила присасывания, ко­торая создает гидродинамический момент, стремящийся развернуть нос обгоняющего судна в сторону обгоняемого судна. На обгоняемое судно в этот момент действует также сила присасывания, которая приложе­на к корме и стремится развернуть корму обгоняемого судна 2 в сто­рону борта обгоняющего судна Л

После того как мидель обгоняющего судна проходит траверз миделя обгоняемого судна (рис. 10.12,6), направление действия момен­тов на суда изменяется, а направление поперечных сил сохраняется.

При встречном движении (рис. 10.13) в начальный момент при выходе носовых оконечностей на общий траверз зоны повышенного давления обоих судов взаимодействуют одна с другой (рис. 10.13, а), в результате чего на суда действуют поперечные расталкивающие си­лы Уг<0 и моменты зарыскивания, стремящиеся отбросить носовые оконечности судов друг от друга, т. е. Л1г-<0. По мере дальнейшего сближения судов (рис. 10.13,6) носовая зона повышенного давления судна / взаимодействует с зоной пониженного давления средней части корпуса судна 2. В результате на суда действуют силы присасывания Уг>0 и моменты зарыскивания Мг>0, стремящиеся развернуть судно носовыми оконечностями в сторону друг друга. После того как мидель судна проходит траверз миделя судна 2, картина вновь меняется, поскольку взаимодействуют зоны повышенного давления в кормовой оконечности судна 1 с зоной пониженного давления в средней части судна 2 (рис. 10.13, в). В этот момент на суда действуют силы приса­сывания Уг>0, создающие моменты, которые стремятся сблизить кор­мовые оконечности. При выходе кормы судна на траверз кормы суд­на 2 будут взаимодействовать зоны повышенного давления кормовых оконечностей. В результате на кормовые оконечности судов будут действовать расталкивающие силы Уг<0, а гидродинамические мо­менты будут стремиться отбросить кормовые оконечности друг от друга.

Таким образом, в процессе встреч и обгонов судов характер дей­ствия гидродинамических усилий непрерывно изменяется, что влечет за собой соответствующие трудности в управлении судами. Необходи­мо подчеркнуть, что рассмотренная качественная картина гидродина­мического взаимодействия судов является сугубо схематичной. В ре­альных условиях взаимодействие судов может иметь еще более слож­ный характер, что объясняется взаимодействием волновых систем рас­ходящихся судов, наличием углов дрейфа, влиянием ограничений фарватера по глубине и ширине и т. д. В последнее десятилетие вопрос о гидродинамическом взаимодействии судов изучен достаточно полно для скоростей хода, соответствующих числам Фруда, при которых волнообразование, создаваемое судовым корпусом, незначительно (Fr<0,25).

Поэтому в целях обеспечения безопасности транспортных судов при расхождении рекомендуется снижать скорость хода.

Случай обгона одного судна другим является более опасным, чем встречное расхождение при прочих равных условиях, так как гидро­динамические силы и моменты, возникающие на корпусе судна при об­гоне, значительно больше. При практически равных расстояниях меж­ду бортам и судов при обгоне и встречном расхождении на одних и тех же скоростях максимальные значения коэффициентов Су и Cm, (a, следовательно, сами силы и моменты) при обгоне в 2—7 раз больше.

В случае обгона максимальные значения коэффициентов Су и Сун положительны, и воздействие гидродинамических усилий на суда наиболее опасно, так как максимальная поперечная сила стремится сблизить корпусы судов, а момент разворачивает носовую оконеч­ность обгоняющего судна в сторону обгоняемого судна.

При встречном расхождении поперечные силы в большинстве слу­чаев оказываются отрицательными (т. е. отталкивают одно судно от другого), а максимальный по абсолютной величине момент, как пра­вило, отрицателен, т. е. наблюдается отталкивание одного судна от другого.

Натурные испытания показали, что в случае обгона, особенно на малых глубинах, суда неоднократно наваливались друг на друга, не­смотря на действия судоводителей даже при довольно значительных траверзных расстояниях между судами (при траверзных расстояниях от 2 до 5 ширин меньшего судна).

Влияние мелководья на увеличение гидродинамического момента показано на рис. 10.14.

При встречных расхождениях на различных глубинах, с разными скоростями движения и при траверзных расстояниях от 0,75 до одной ширины меньшего судна не наблюдались случаи, когда гидродинами­ческие усилия создавали аварийную ситуацию. Практически в процес­се встречных расхождении силы и моменты не препятствуют безопас­ной проводке судов в отличие от случаев обгона.

В подавляющем большинстве случаев момент гидродинамических сил, возникающих при обгоне одного судна другим, достигает макси­мального значения, когда мидель обгоняющего судна находится при­мерно на траверзе кормы обгоняемого. При этом момент стремится развернуть обгоняющее судно в сторону обгоняемого, а момент, дей­ствующий на обгоняемое судно, стремится развернуть его кормовую оконечность в сторону обгоняющего.

При встречном расхождении до того, как мидели судов выйдут на траверз, действующий момент стремится отвернуть носовые оконеч­ности друг от друга. В дальнейшем наблюдается отбрасывание кормо­вых оконечностей судов. В некоторых случаях наблюдается взаимное притяжение кормовых оконечностей.

При движении на мелководье наблюдается значительный рост гидродинамических сил и моментов с увеличением скорости при относительном расстоянии m между центрами тяжести судов от 0.6 до 1,2. В положении от 0,7 до 1,0 (наиболее опасном по значениям дейст­вующих моментов) наблюдается резкое возрастание коэффициентов Су и Cm с повышением скорости.

Наиболее опасным является случай обгона на скоростях, близких к критическим на мелководье . При обгоне на глубокой воде и на мелководье силы и моменты практически не влияют на дви­жение судов, когда расстояние между бортами составляет более 6 ши­рин меньшего судна.

При встречном расхождении влиянием гидродинамических усилий на корпусы судов как на глубокой воде, так и на мелководье, можно пренебрегать, когда расстояние между бортами составляет более 2,5 ширин меньшего судна.

В период натурных испытаний было установлено, что при обгоне одного судна другим маневрирование рулем должно осуществляться очень осторожно. Наблюдались случаи, когда при зарыскивании об­гоняющего судна в сторону обгоняемого предельная перекладка руле­вых органов на противоположный борт не давала положительного эф­фекта, вследствие того, что при полной перекладке руля на борт судно получало значительное обратное смещение, из-за чего воздействие до­полнительных гидродинамических усилий на корпус возрастало.

При обгоне маневрирование рулем на обгоняющем судне следует начинать тогда, когда его носовая конечность еще не поравнялась с кормой обгоняемого судна. В положении, когда относительное рассто­яние между центрами судов m≈2, необходимо начинать плавную пе­рекладку руля на внешний борт, увеличивая угол перекладки руля так, чтобы наибольший момент рулевых сил действовал на обгоняю­щее судно при m=0.8-1.0, т. е. когда его середина будет находиться на траверзе кормы обгоняемого судна.

При встречном расхождении двух судов не требуется значитель­ных перекладок рулей. Например, для однотипных судов при расстоя­нии, равном примерно одной ширине, требовалась перекладка рулей не более 5—10°. Движение судна в обгон с заранее приданным углом дрейфа позволяет избежать зарыскивания обгоняющего судна в сторо­ну обгоняемого, но если суда движутся в обгон на малых расстояниях между бортами, наличие угла дрейфа на обгоняющем судне не исклю­чает сил взаимного притяжения.

Натурные наблюдения показали, что при движении в обгон на мелководье происходит резкое увеличение просадки судов. При движе­нии на мелководье при траверзных расстояниях, равных от 1 до 7 ши­рин меньшего судна, максимальная просадка совместно движущихся судов может увеличиваться на 20—50 % по сравнению с просадкой одиночного судна. При встречном расхождении судов на сравнительно больших скоростях наблюдается изменение их просадки (особенно для меньшего судна, когда оно попадает в систему волны большего судна). Максимальное изменение просадки при встречном расхождении меньше, чем при обгоне. Наибольшего значения в случаях обгона просадка обгоняющего судна достигает в положении m=1-1.2. При заметном различии в размерах судов наибольшие гидродинамические усилия от взаимодействия при обгоне будут действовать на меньшее по размерам судно. Наихудшим является случай, когда, по размерам (по длине) оно будет примерно в 3 раза меньше друго­го. Поэтому рекомендуется соответствующее маневрирование произ­водить на меньшем судне.

Гидродинамические усилия от взаимодействия судов резко увели­чиваются с ростом скорости. Поэтому при встречах и обгонах на огра­ниченных глубинах скорость должна отвечать условию а на глубокой воде