управление судном книга. На якоре 203 Штормовые диаграммы 184186 Штормовые условия в дрейфе

• Название: На якоре 203 Штормовые диаграммы 184186 Штормовые условия в дрейфе
• Анкор: управление судном книга.doc
• Дата: 19.12.2017
• Размер: 3.93 Mb.
• Имя файла: управление судном книга.doc
• Тип: Документы; #12203
• страница: 33 из 66

Просадка судов при плавании на мелководье, ш 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 стесненных условиях.

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 ток 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:

}

(10.10)
Ad=Ad„4-A

где \d — изменение средней осадки судна на ходу, м; ф — угол дифферента судна иа ходу, град;

V/д — изменение средней осадки судна от действия гидродинамической вертикаль­ной силы, м;

Лф_д — изменения угла дифферента под действием гидродинамического дифферен­тующего момента, град;

Афв — соответственно изменение средней осадки и угла дифферента из-за волнооб-

разования.

Расчеты просадки судов на мелководье, если брать за основу вы­ражения (10.10), 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 советские 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, что величину давления р можно выразить высотой водяного столба над условным уровнем //, уравнение Бернулли примет вид





(10.11)

где Я — глубина, м;

(/ — скорость потока воды, омывающего судно, называемая скоростью встречного потока» м/с;

g — ускорение свободного падения, м/с². I

При сравнительно малых докритических скоростях движения сни­жается роль собственного волнообразования судна. 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 Я).

Для этого случая можно написать

(И+Ц)» 2* '

V* 28

= //* +

//.+

где Но — глубина в канале, не возмущенном проходом судна, м;

Н_х — глубина в канале в момент прохода судна, измеренная посредине длины суд­на, м;

• 
  — скорость судна, м/с.
  

После преобразования, обозначив Н₀—#*=Д//, получаем величину понижения зеркальной поверхности воды (просадку судна):

(10.13)

л// =
U(2V+U)

ч

Определение запаса воды под корпусом судна при плавании в ка­налах и на мелководье. Величина клиренса К (глубина под килем) должка быть не менее суммы навигационных запасов:

или

(10.14)

где Н_ш — навигационная глубица, м;

АН_я — поправка глубины на отклонение уровня воды (положительна, когда уровень выше ординара), м;

d —осадка (наибольшая) судна в воде стандартной плотности (р*1025 кг/м*), м; \d — поправка осадки судна на соленость воды (табл. 10.4), м; а — поправка на обледенение судна, м (учитывается в каждом конкретном слу> чае);

z₀ — запас на крен судна, м;

2i — минимальный навигационный запас, м; г₂ — вол новый запас, м; г% — скоростной запас, м.

*«=—sin (в-|-в_д), (10.15)

где В — ширина судна, м.

6 — угол крена от ветра (табл. 10.5), град;

0д — динамический угол крена (табл. 10.6), град;


Таблица 10.4. Поправка осадки судна на соленость воды

Плотность воды, кг/м1	Соленость. %о	A tf, м I	1 Плотность | воды. кгАм*	Соленость.	Д d, м
1025	32	О.ОООг/	1010	13	0,012d
1020	2(i	0,004d	1005	7	0,016d
1015	20	0.008с/	1000	0	0.020d

Таблица 10.5. Угол крена от ветра (судно в грузу), град

Тип судна	Скорость расчетного ветра, мА:
	» 1	1 13 | 16		19 |	22
Универсальное, лихтеровоэ, газовоз.	...	1	1	1	2
Контейнеровоз	•	2	3	4	5
Пассажирское	' i	1	4	6	8

Тип судна					V. уз
	1	5	G	7	8	9	10 |	1 II	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 10.7. Минимальный навигационный запас г_и м

Вид грунта в слое 0,5 м	На входе в порты, на входном и внешнем рейдах	На всех прочих участках, внутрен­ней акватории
Ил	0,04 d	0,03 d
Наносный плотный (заиленный, ракушка, гра­вий)	0,05 d	0,04 d
Слежавшийся плотный (песок, глина, супесь, суглинки, галька)	0?06	0.05 d
Скальный (валуны, оцементнрованные поро­ды песчаники, известняки и др.)	0,07 d	0,06 d

При движении на прямом курсе (на прямолинейных участках ка­нала) принимается 0_Д=О.

Для определения волнового запаса г₂ в зависимости от чисел

Фруда Fr— /—г (рис. 10.5) по графикам (рис. 10.0) находится

1 а*-

отношение (/i_3% —высота волны с 3 %-ной обеспеченностью).

На графиках нанесены кривые для курсовых углов волнения от 0 до

100Л₃₀,

90 , а по оси абсцисс берется отношение —

Пример. Судно следует со скоростью V—12 уз, h £*= 100 м, курсовой

угол волнения <7*90°.

Определить волновой запас z₂. По графику (рис 10.5) получаем число Fr=»0,2.

По графику (рис. 10.6) получаем д «0,3, т. е. 0,9 м

Скоростной запас г₃ определяется методом последовательных приближений (рис. 10.7). Сначала г'_г принимается равным 0,35 м. и по номограмме выбирается величи­на 2з, которая подставляется в Zzj-з вместо 0,35 м, и вычисления повторяются. Как правило, действия ограничиваются двумя первыми подстановками.

График (рис. 10.8) уточняет величину скоростного запаса для, судна, движуще-

А к

гося в каналах неполного профиля. Здесь -д — отношение площади^ сечения условно­го канала полного профиля, полученного путем продолжения откосов до уровня воды, к площади погруженного миделевого сечения судна. Выбранный из графика коэффи­циент k_x умножается на гз.

По номограмме (рис. 10.7) определяется только просадка кормой. При небольшой разнице в осадках носом и кормой поправочный коэффициент для определения просадки носа может быть

С. И. Деминым по этому выражению разработан график (рис. 10.9),

Таким образом, просадка носом Дd_H=C_HAd_K.

Изменение осадки (скоростную составляющую) крупнотоннажных судов с бульбом, имеющих коэффициент полноты подводной части кор­пуса судна 0,80^6^0,90, при плавании на мелководье с глубинами #= (1,1-т-1,5)4 рекомендуется выполнять по методу Национальной Физической Лаборатории (NPL), который разработан в Великобрита­нии в 1973 г.

Если дифферент судна находится в пределах от 1/100L_P на корму до 1/500L,, на нос, то посадка носом и кормой может быть определена графически с помощью номограммы (рис. 10.10).

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




Рис. 10.5. Определение числа Фруда по длине L и скорости V

1 г 3 4 WOhf/L


Из точки значения скорости иа оси абсцисс проводят вверх верти­кальную линию до пересечения с линией глубины. От полученной точ­ки проводят горизонтальную линию до пересечения с кривыми диф-

<7=i	)(fTS(KJ5) \	•>0(120)
		№ Л	M 15 po) m	\ Ш)

12 3 4 IOOhf/1






►

Рис. 10.6. Определение волнового запаса при различных курсовых углах волнения q и числах Фруда











ферента. Из точек пересечения опускают перпендикуляры до их пере­сечения с линией длины судна. Значения величин Дd_H и Ad* находят на шкале Ad (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 ма­неврирование для расхождения с другими судами сведено к минимуму.

3. 
   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 может воз­никать аварийная ситуация, происходить столкновения судов.

Морская практика зарегистрировала достаточно большое коли­чество столкновении, 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_т могут менять свой знак и может происходить не только «притяжение», но и «расталкивание» судов. Поперечная сила Y_r положительна по знаку, если она направ­лена в сторону борта встречного или обгоняемого судна. Момент за- рыскивания М_г 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 ли- иип потока выполняется закон сохранения энергии, который записы- вается в виде уравнения Бернулли,

OV²

р -|- —— —const, (10.17)

где р —давление в произвольной точке линии тока, Па; р — плотность воды, т/м³.

Предположим, что два одинаковых судна движутся в идеальной (невязкой) жидкости параллельно с одинаковой скоростью при рас­стоянии между бортами (см. рис. 10.11). Этот случай равносилен гид­ромеханически случаю обращенного движения, когда оба судна не­подвижны, а на них набегает однородный поток жидкости, имеющий на бесконечном удалении от судов скорость и₀.

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

(10.18)

(10.19)

19. 
    (10.21)
    

*Рв' Р ■

’

Рс -и»

2#

(м?—«£)•

2*

Р в—Ро —' Для линии тока АС:

и Г

Ро -Ьр

Р_С — Ро

Ро 4- Р

2 8

Поскольку корпус судна обладает определенными размерами, а жидкость неразрывна, то скорости частиц жидкости в точке С вблизи борта судна будут больше, чем в точке А 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 мд. ко­торая больше скорости и_с, поскольку между корпусами судов поток поднимается. Следовательно, разрежение со стороны борта, обращенно­го к судну-партнеру, будет еще большим. За счет (перепада давления па внешнем и внутреннем бортах на корпус судна будет действовать по­перечная гидродинамическая сила присасывания. В сДучае. еслг кор-

Рис. 10.11. Возникновение сил приса­сывания при обтекании двух судовых корпусов однородным потоком жид­кости: и»>ис>пш

пус судна обладает заметной несимметрией относительно миделя, то поперечная сила присасывания У_г может быть приложена на некото­ром отстоянии от центра тяжести, так что на корпус судна будет дей­ствовать момент зарыскивания М_г 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 «+») по сравнению с давлением в кормовой оконечности (один «+»). В средней части давление понижено (два знака «—>).

При подходе носовой оконечности обгоняющего судна 1 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 У.

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 иа общий траверз зоны повышенного давления обоих судов взаимодействуют одна с другой (рис. 10.13,а), в результате чего на суда действуют поперечные расталкивающие си­лы К_г<0 и моменты зарыскивания, стремящиеся отбросить носовые оконечности судов друг от друга, т. е. М_г<0. По мере дальнейшего сближения судов (рис. 10.13, б) носовая зона повышенного давления: судна 1 взаимодействует с зоной пониженного давления средней части корпуса судна 2. В результате на суда действуют силы присасывания У_г>0 и моменты зарыскивания М_г>0, стремящиеся развернуть сул? носовыми оконечностями в сторону друг друга. После того как мидель

а) + )+ - - + 5) / + + — + 6) + + — -