3.4.4. Ширина канала на прямолинейных участках

При проектировании каналов определяются – навигационная ширина канала, которая соответствует эксплуатационной ширине канала на уровне навигационной глубины и – проектная ширина есть строительная ширина канала, соответствующая проектной глубине канала (рис. 3.15). Навигационные и проектные глубины канала зависят от принятого порядка движения судов, главных размерений расчетного судна, от параметров внешних воздействий (ветер, течение, волнение) и от габаритов прорези канала.

Навигационная ширина канала для одностороннего и двухстороннего движения судов определяется по формулам:

;	(3.10)
,	(3.11)

где , – ширина маневровой полосы для расчетного и встречного судов, м; – запас ширины между маневровой полосой и откосом канала, м; – запас ширины на заносимость, м; .

Ширина маневровой полосы для расчетного судна определяется из выражения

,

(3.12)

где α₁ – угол сноса судна от течения, град.; α₂ – угол дрейфа судна от ветра, град.; α₃ – угол сноса судна от волнения, град.; и – длина и ширина расчетного судна, м; – время рыскания судна, с; β – угол рыскания судна, град., на практике величина принимается постоянной и равной 3 с; – максимальная скорость хода судна, м/с.

Рис. 3.15. Схема положения судна на прорези канала при определении ее габаритных размеров

Канал проектируется таким образом, чтобы суммарный угол сноса + + не превышал 25°. В противном случае судно теряет управляемость.

Известно, что > . Поскольку – скорость судна относительно берега, то существует скорость встречного потока обтекания относительно дна и откосов канала, равная разности скоростей – . Ее также принято называть скоростью встречного потока относительно берега = – .

Чтобы избежать размыва дна и неукрепленных откосов канала, при движении судна по каналу необходимо обеспечить выполнение условия

,

(3.13)

где – неразмывающая скорость для грунта канала.

3.4.5. Определение ширины канала полного профиля на криволинейных участках

При проектировании участков извилистых внутренних водных путей и, в частности каналов на криволинейных участках трассы, необходимо учитывать особенности управляемости судна – его циркуляции.

Под циркуляцией судна понимается:

1. Траектория центра тяжести судна при перекладке и дальнейшем удержании в заданном положении руля или другого средства управления.

2. Процесс поворота судна. Циркуляцию судна подразделяют на три периода:

– первый, маневренный, по времени совпадает с продолжительностью перекладки руля;

– второй, эволюционный, начинается с момента окончания перекладки и заканчивается, когда кривизна траектории и угол дрейфа судна перестанут изменяться во времени;

– третий период, установившийся, начинается с момента окончания второго периода и длится до тех пор, пока средство управления остается в переложенном положении.

Траектория центра тяжести судна в третьем периоде называется установившейся циркуляцией судна, которая на тихой воде, при отсутствии ветра, волнения и течения, имеет правильную круговую форму. Началом циркуляции судна (рис. 3.16) является положение центра тяжести судна в момент начала перекладки руля (точка ).

Рис. 3.16. Схема циркуляции судна

Для количественной характеристики циркуляции судна используются:

– диаметр установившейся циркуляции судна;

– тактический диаметр — расстояние между диаметральными плоскостями судна в начале поворота и при повороте судна на 180°;

– выдвиг – расстояние, на которое смещается центр тяжести судна в направлении первоначального курса от точки начала циркуляции до точки, соответствующей изменению курса судна на 90º;

– прямое смещение – кратчайшее расстояние от линии первоначального курса до центра тяжести судна в момент изменения угла курса на 90°;

– обратное смещение – расстояние между линией первоначального курса и параллельной ей касательной к траектории движения в начальные периоды поворота.

Для судов различных классов = (0,9 – 1,2) ; = (0,6 – 1,2) ; = (0,5 – 0,6) , где = (3 – 5) .

При движении по каналу судно меняет направление движения в зависимости от начертания в плане судового хода. Для выполнения поворота судоводитель производит перекладку рулей в сторону поворота. Вода оказывает давление на перо руля, и судно разворачивается носом в сторону поворота. При этом скорость движения судна уменьшается вследствие возросших сопротивлений, примерно до 25 %.

На совершающее круговое движение судно действует центробежная сила. Ее действие аналогично влиянию бокового ветра, течения и волнения, поэтому судно движется на повороте с углом дрейфа и занимает в канале ширину полосы, большую ширины судна (рис. 3.17).

Выход судна из прямолинейного движения на циркуляцию не происходит мгновенно из-за сил инерции движущегося прямолинейно судна. В момент времени перехода от прямолинейного движения к циркуляции разные части судна имеют различные по величине и направлению окружные скорости и углы дрейфа; в начале циркуляции происходит смещение центра тяжести судна в сторону, противоположную повороту, примерно до 5 % длины радиуса циркуляции. Установившаяся циркуляция наступает после поворота примерно на 90°. На закруглениях судоходных каналов углы поворота обычно меньше прямого, и установившейся циркуляции не наступает. При выходе из неустановившейся циркуляции приходится снова изменять угол поворота рулей и т. д.

Положение судна на повороте определяется углом дрейфа φ между диаметральной плоскостью и направлением окружной скорости центра тяжести судна посередине его длины.

а) при малом угле дрейфа

б) при большом угле дрейфа

Рис. 3.17. Расчетные схемы для определения уширений на криволинейных участках канала полного профиля

С увеличением угла дрейфа центр поворота (точка ) перемещается и при будет находиться в районе носа судна. При дальнейшем увеличении угла дрейфа ширина полосы ограничивается окружностями, проходящими через крайние точки судна (рис. 3.17, б). Для каналов с односторонним движением она приближенно равна сумме проекций длины и ширины судна на радиус, проходящий через центр тяжести:

(3.14)

На практике углы дрейфа на поворотах трассы имеют значения от 3 до 6° ( для таких углов близок к единице).

Размеры канала на криволинейных участках с уширениями должны быть не меньше размеров, определенных для прямолинейных участков (12) с учетом боковых ветра и (или) течения.

Рис. 3.18. Схема уширения подходного канала на криволинейном участке

Уширение канала (рис. 3.18) в общем случае рекомендуется устраивать с внешней стороны от оси судового хода по вогнутому берегу канала, но для улучшения условий расхождения судов при двухстороннем движении большую часть уширения располагают со стороны вогнутого берега, а меньшую часть – со стороны выпуклого берега. При наличии в районе постоянно действующего течения уширение на повороте дополнительно увеличивается на величину .