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

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.

(1) Пунктирная кривая показывает уровень воды между бортами, сплошная линия — уровень воды с внешних бортов.

(2) Формулы получены в Институте гидрологии и гидротехники АН УССР.

Вперед
Оглавление
Назад

Copyright © 1998-2025 Центральный Военно-Морской Портал. Использование материалов портала разрешено только при условии указания источника: при публикации в Интернете необходимо размещение прямой гипертекстовой ссылки, не запрещенной к индексированию для хотя бы одной из поисковых систем: Google, Yandex; при публикации вне Интернета - указание адреса сайта. Редакция портала, его концепция и условия сотрудничества. Сайт создан компанией ProLabs. English version.