ВЛИЯНИЕ УЗКОСТИ И МЕЛКОВОДЬЯ НА СКОРОСТЬ И ОСАДКУ КОРАБЛЯ. ЯВЛЕНИЕ ПРИСАСЫВАНИЯ

МЕЛКОВОДЬЕ

ТЕМА 8. УПРАВЛЕНИЕ КОРАБЛЕМ ПРИ ПЛАВАНИИ В УЗОСТИ И НА

Движение корабля сопровождается волнообразова­нием, которое на глубокой воде четко разделяется на носовую и кормовую группы. Каждая из этих групп со­стоит из системы расходящихся и поперечных волн. Середины гребней расходящихся волн располагаются на прямой линии, составляющей с ДП корабля угол a=18-20°, который почти не зависит от скорости и об­водов корабля. Каждый из гребней расходящихся волн образует с ДП угол β=2а. Первая поперечная волна носовой группы возникает несколько позади форштевня, а первая поперечная волна кормовой группы — несколь­ко впереди ахтерштевня (рис. 8.1). При малых скоростях отчетливо наблюдаются расхо­дящиеся волны. Увеличение скорости сопровождается ростом и преобладанием системы поперечных волн. Между скоростью корабля в м/с и длиной поперечных волн существует следующая зависимость, выраженная в метрах:

где g — ускорение свободного падения, м/с². Согласно теории волнообразования энергия корабель­ных волн пропорциональна квадрату высоты волны и ее длине. Очевидно, что эта энергия приобретается за счет потери определенной мощности главных машин корабля. Характер волнообразования, создаваемого кораблем, оп­ределяет его волновое сопротивление.

Рис. 8.1. Характер волнообразования корабля на глубокой воде

Влияние мелководья на волновое сопротивление

Ограничение глубины воды влияет на все составляю­щие полного сопротивления корабля. Однако наибольшее изменение при движении на мелкой воде вследствие раз­личия в свойствах волн на малой и неограниченной глу­бине претерпевает волновое сопротивление. В результате наблюдений и теоретических исследова­ний установлено, что характер волнообразования на мел­ководье определяется величиной относительной скорости

и отношением глубины Н в м к осадке Т в м. При

корабельные волны и их сопротивление движению корабля практически не отли­чаются от наблюдаемых на глубокой воде При увеличении относительной скорости и глубине моря меньше чем

характер волнообразования существенно изменяется. Угол растворения и высота расходящихся волн начинают увеличиваться. С приближением скорости движения к значению VK = √gH расходящиеся волны сливаются с поперечными и образуют одиночную поперечную волну перемещения («спутную» волну). Одиночная волна пере­мещения составляет с ДП угол 90°, ее профиль распола­гается целиком над свободным уровнем воды. Значение VK = √gH принято называть критической ско­ростью. При плавании со скоростью, близкой к критической, дополнительная мощность, развиваемая машинами, не приводит к увеличению скорости (как это имеет место на глубокой воде), а расходуется на увеличение и под­держание одиночной волны перемещения. Таким образом, увеличение скорости в условиях мел­ководья до значения критической вызывает значительную потерю мощности машин (до 20—25%), неоправданный расход топлива и образование одиночной волны переме­щения, которая может причинить серьезные повреждения береговым сооружениям и кораблям, стоящим у при­чалов. Величина критической скорости может быть опреде­лена по формулам:

где К — коэффициент, зависящий от отношения L/B. При движении в канале, живое сечение которого (ωк) соизмеримо с площадью сечения корабля по миде­лю (ωх). величина критической скорости по мере умень­шения живого сечения канала смещается в область мень­ших значений. Высота образующихся одиночных волн в канале больше, чем на мелкой воде.

ТАБЛИЦА 8.1. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА К

Поэтому рост со­противления при критических скоростях происходит бо­лее интенсивно. Особенностью движения корабля в ка­нале является также возникновение обратного потока воды, направленного к корме, скорость которого тем больше, чем меньше живое сечение канала и выше ско­рость движения. Это явление сопровождается увеличе­нием дифферента корабля на корму и падением скоро­сти до 25—30% от скорости на глубокой воде.

Влияние мелководья на изменение посадки корабля

Ограниченная глубина оказывает влияние и на по­садку корабля. На рис. 8.2 показана кривая давления, возникающая при движении корабля на мелководье, по длине его корпуса. Кривая ОАBС показывает максимум давления в но­совой части, которое в районе миделя понижается до минимума, затем вновь несколько повышается в районе кормовой оконечности. Увеличение давления сопровож­дается уменьшением скорости движения частиц воды и, наоборот, падение давления — увеличением скорости их движения и уменьшением сил поддержания. Образование зоны повышенного давления в носовой части (значитель­но большего, чем в корме) и уменьшение сил поддержа­ния в районе миделя приводят к тому, что корабль «про­седает» (следует в ложбине) и получает дифферент на корму. Увеличение средней осадки корабля может быть оп­ределено по формулам(1):

где ΔTср — изменение средней осадки в результате «проседания» средней части корпуса ко­рабля, м; Т — средняя статическая осадка корабля, м.

Рис. 8.2. Гидродинамическое поле корабля на мелководье

Значения коэффициента К приведены в табл. 8.1. Приращение осадки кормой может быть определено по формуле

где а — коэффициент, зависящий от отношения длины корабля к его ширине (табл. 8.2).

ТАБЛИЦА 8.2. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА А

При движении корабля в канале величина «проседа­ния» корпуса может быть приближенно вычислена по формуле

где ωx — площадь подводной части миделя корабля, м²2; ωк — площадь живого сечения канала, м². «Проседание» и дифферент корабля при плавании на малых глубинах могут достигать значительных величин и при малом запасе воды под килем привести к удару корпуса корабля о грунт.

Гидродинамическое взаимодействие между кораблями, а также между кораблем и берегом

Особенности волнообразования при плавании в узко­сти и мелководье вызывают в определенных условиях взаимное притяжение (присасывание) между кораблями, а также между кораблем и берегом. При движении кораблей один вблизи от другого су­жение живого сечения потока воды между ними сопро­вождается увеличением скорости движения частиц воды, понижением давления и уровня воды в этом районе В результате разности гидродинамических давлений, дей­ствующих на внутренние и наружные борта кораблей, возникают поперечные гидродинамические силы взаимо­действия, которые будут притягивать корабли друг к другу (рис. 8.3)(1). Особенно интенсивно явление присасывания прояв­ляется, когда один из кораблей (меньший) оказывается в системе расходящихся волн другого (большего). Подобная же картина наблюдается и при движении корабля со значительной скоростью в непосредственной близости от берега.

Рис. 8.3. Характер волнообразования и явление присасывания между ко­раблями

В этом случае вследствие разности давле­ний в носу и корме корабль будет отталкиваться носо­вой оконечностью от берега, а кормовой притягиваться к нему. При расхождении кораблей на контркурсах силы притяжения проявляются в 4—6 раз меньше, чем при обго­не. Исследования показали, что при относительных скоростях хода

и значении l>(4-5)В силы притяжения окажутся незначительными (L — длина корабля, м; l—расстояние между бортами кораблей, м; В— ширина большого корабля, м). В меньшей степени явление присасывания проявляется на неограниченной глубине при следовании кораблей со значительной скоростью в непосредственной близости па­раллельными курсами. Рассмотренные явления существенно влияют также на управляемость корабля. Ухудшение управляемости связано не столько с уменьшением силы, возникающей на руле вследствие движения корабля с небольшой ско­ростью, сколько с искажением формы и направления встречного потока, набегающего на руль. Вместе с тем разность давлений, возникающих в носовой и кормовой частях корабля, вызывает его самопроизвольное уклоне­ние в сторону больших глубин. Все это позволяет сде­лать вывод, что плавание в условиях узкости и мелко­водья является одним из наиболее сложных видов пла­вания.